memoria de calculo mecanica para elsistema de aguas negras.

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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
MEMORIA DE CALCULO MECÁNICA DEL REEQUIPAMIENTO
DE LA PLANTA DE BOMBEO NÚMERO 5.
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
MEMORIA DESCRIPTIVA.
Actualmente el desalojo de aguas negras generadas por la colonia Río Bravo es captada en el
cárcamo existente de la planta de bombeo número 5 la que no esta equipada y estas aguas
son descargadas al arroyo El Buey por medio de la tubería de demasías, es conveninte
mencionar que el arreglo existente no es el adecuado por ello en el plano mecánico se propone
el arreglo más conveniente que aproveche lo mas posible la infraestructura existente.
Bajo las condiciones actuales que presenta la infraestructura existente solo será aprovechado
el cárcamo el que cuenta con una capacidad de volumen útil de 11.0 m3, la caseta para
protección del equipamiento eléctrico y el transformador trifásico de 15 Kva, ya que no cuenta
con equipos de bombeo, ni arrancadores y solamente con las preparaciones tanto eléctricas
como de fontanería.
El requipamiento que se presentará contará con la siguiente infraestructura:
 Cuarto de control de motores.
 Cárcamo de bombeo.
 Estructura de retención de sólidos.
MEMORIA DE CALCULO MECANICA PARA ELSISTEMA DE AGUAS NEGRAS.
DATOS
DE
ANTEPROYECTO:
Planta de bombeo No. 5.
Caudal mínimo
Caudal medio
Caudal máximo
Caudal máximo de bombeo
Cota de terreno en la
estación de bombeo
Cota de la plantilla del colector al
llegar a la planta de bombeo 5.
Características físicas del fluido
Tipo de bomba
1.68 lps
3.37 lps
12.8 lps
19.2 lps
52.88 m.s.n.m.
49.65 m.s.n.m.
Aguas negras
Para
lodos
y
residual.
agua
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
REVISIÓN DE LA GEOMETRÍA DEL CÁRCAMO DE BOMBEO
El reequipamiento de la planta de bombeo, incluye la revisión de el cárcamo que tenga el
volumen útil necesario para evitar periodos cortos de arranque - paro y evitando también la
septicidad de las aguas negras. La geometría del cárcamo se revisó de acuerdo a las
recomendaciones del Instituto de Hidráulica (H.I.S.).
REVISIÓN DEL VOLUMEN UTIL
Para reducir los ciclos de “arranque - paro - arranque” de los motores eléctricos, el volumen útil
se calcula basándose en un ciclo operativo de 20 minutos.
V
Q T
=
--------min
4
Por otra parte, se limitará parte del volumen del cárcamo para reducir el grado de septicidad de
las aguas negras, reduciendo con ello los malos olores en la planta de bombeo; siguiendo las
recomendaciones de la WPCF se limitará el tiempo de estancia del agua en el cárcamo, a 20
minutos como máximo.
V max = Q T
(0.013) 30 (60)
23.4
Vmin = ------------------------ = ---------- = 5.85 m3 ( Volumen mínimo)
4
4
Vmax = (0.013)(30)(60) = 23.4 m3 (Volumen máximo)
El dimensionamiento del cárcamo de bombeo se realizará basándose en las necesidades de
volumen útil para el caudal. Por lo anterior el cárcamo de bombeo cumple con los
requerimientos contando con un volumen útil de 14.05 m3.
Siguiendo las recomendaciones del HIS para el dimensionamiento de cárcamos rectangulares:
Se establece el espacio para la ubicación de los equipos sin que se provoquen interferencias
hidráulicas ó para mantenimiento.
Obteniendo un valor correspondiente al caudal mínimo de la gráfica “Sump dimensions versus
flow” (anexos 1 y 2), la distancia mínima entre línea de centros de equipos de bombeo
adyacentes y entre línea de centros de equipos de bombeo y muros laterales, se obtiene:
W = 32” (0.812 m)
Es necesario aclarar que esta es la dimensión mínima y el HIS no establece un límite máximo
para esta acotación, por lo que se concluye que la separación entre equipos es la correcta.
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
El tirante útil para bombeo (sistema de aguas negras) será:
V útil
14.05
H = -------------- = --------- = 1.22 m
A total
11.52
H = 1.22 m
Lo anterior, ubica como nivel máximo de agua en el cárcamo de la planta de bombeo No. 5 a la
cota (49.90 m.s.n.m.).
ESTRUCTURA DE RETENCION DE SOLIDOS.
Se establece su dimensionamiento de acuerdo con los siguientes razonamientos:
La estructura de retención de sólidos se dimensionó de tal forma que el caudal máximo y
mínimo tuviera una velocidad entre 0.30 a 0.70 m/s, que es lo que establece la norma. Su
configuración se aprecia en la figura 2:
El ancho del canal donde se alojarán las rejillas, se determinó en función de las normas de
proyecto para obras de alcantarillado, considerando el caudal de bombeo que se espera recibir
y considerando que la tubería influente es de 25.0 cm de diámetro, con pendiente de 2
milésimas. Se propuso un ancho de 0.60 m, por cuestiones de mantenimiento.
En el canal de retención de sólidos se contará una rejilla, para operar siempre y un
desarenador para evitar que estos lleguen al equipo de bombeo.
DETERMINACION DE DIAMETROS DE TUBERIA
En términos generales, el diámetro de tubería para la fontanería del bombeo, se selecciona
basándose en los siguientes criterios:
Tomando en cuenta que la velocidad de un fluido es proporcional a las pérdidas de presión que
genera su circulación, se establece un ámbito de velocidad recomendado por la división de
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
ingeniería de CRANE (Anexo 3); la velocidad del fluido en la succión será de 1.2 m/seg
(aproximadamente) y en la descarga será de 2.1 m/seg.
Utilizando la ecuación de continuidad y la ecuación para determinar el área de un círculo:
Q=V*A
y
A = ( * D2)/4
Se desarrolla el siguiente procedimiento:
Q = 0.013 m3/seg
D = ((4 * Q) / (*V))0.5
V = 2.1 m/seg
D = ((4 * 0.013) / ( * 2.1))0.5
D = 0.09 m =
3.5"  4.0”
El diámetro comercial de tubería de acero al carbón inmediato superior es de 4.0". De acuerdo
con el diámetro interior indicado por la norma ASTM-A 53 (Anexo 4), el diámetro que se debe
considerar en el cálculo es de 0.0779 m para una tubería con cédula 40 y la velocidad promedio
del agua será:
V = 0.013 / (0.785 * 0.1022 )
V = 1.59 m/seg
Utilizando el procedimiento anterior se puede efectuar el cuadro resumen de velocidades que
se utilizará en el cálculo de pérdidas.
CUADRO RESUMEN DE VELOCIDADES
CONCEPTO
Caudal
(lps)
Diámetro Interior
(mm)
Velocidad
m/s
Succión (acero)
Descarga (acero)
Múltiple (acero)
Conducción 10”(AC)
13.0
13.0
13.0
13.0
76.2
102.26
102.26
254.00
2.85
1.6
1.6
0.26
CALCULO DE LA CARGA DINAMICA TOTAL (CDT)
Partiendo de:
CDT = Carga Estática + Hf Total
Hf Total = hf inc. + hf eq. trams. + hf font. + hf cond. + hf
Se tiene:
Cálculo No. 1.1.a.- Carga Estática del bombeo 5.
piezas esp. cond.
+ hf desc.
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
Utilizando los datos de la línea de conducción de proyecto, así como los desniveles
topográficos entre la galería y el cárcamo de rebombeo:
CE min.= 58.26 - 49.9 = 8.36 m.c.a.
CE med.= 58.26 - 49.39 = 8.87 m.c.a.
CE max.= 58.26 - 48.88 = 9.38 m.c.a.
58.26
Pozo
N. max. = 49.9
N. med. = 49.39
N. min. = 48.88
Cárcamo
de
Bombeo
CUANTIFICACION DE PERDIDAS DE CARGA
Cálculo No. 2.- Pérdidas de carga en la fontanería de descarga (hf font.) para la planta de
bombeo No.5.
Para el tramo de 4" de diámetro (anexo 5), obtendremos el factor k necesario para evaluar la
pérdida de carga, en piezas especiales empleando la carga de velocidad.
Cantidad
Concepto
k individual
k total
1
Válvula de compuerta 4”
K=8 fT= 8 (0.017) = 0.136
0.136
0.136
1
Válvula de Check 4”
K=50 fT= 50(0.017) = 0.85
0.85
0.85
3
Codo a 45° de 4”
K=16 fT= 16 (0.017) = 0.272
0.272
0.816
2
Codo a 90° de 4”
K=30 fT= 30 (0.017) = 0.272
0.272
0.544
1
Reducción de 4x10°
K=0.5
0.5
0.5
TOTAL
2.846
.
De la fórmula de pérdida de carga en función de la carga de velocidades se obtiene el valor de.
V2
(1.6)2
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
hf font.= K ------ = 2.846
2g
-----------2 * 9.81
hf font.= 0.371 m.c.a.
Cantidad
Concepto
k individual
k total
2
Codo a 45° de 10”
K=16 fT= 16 (0.014) = 0.224
0.224
0.448
TOTAL
V2
hf font.= K ------ = 0.448
2g
0.448
.
(0.26)2
-----------2 * 9.81
hf font.= 0.001 m.c.a.
hf font.Total= 0.371 + 0.001 = 0.372 m.c.a.
Calculo 3.- Pérdidas de carga en los tramos rectos (hf eq. trams.)
Seleccionando una tubería de 3" de diámetro y una longitud de columna de 8.0 m; se obtienen
las pérdidas por Darcy-Weisbach.
Caudal =
Diámetro ext. =
Diámetro int. =
Longitud =
Material =
Rugosidad
Absoluta ()=
Viscosidad
Cinemática ()=
13.0 l.p.s.
4.5” (114.3 mm)
4.026” (102.26 mm)
12.00 m
Acero
0.07 mm
1.00 x 10 -6 m2/seg
Calculando el número de Reynolds
V x D
1.6 x 0.1022
Re = ------------- = ------------------------ = 1.63520x 10 5

1 x 10 -6
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
Calculando ahora el factor de fricción
f 
0.25

5.74
  102.26

log
3.71
1.63520 105

 



0.9 


2

 = 0.019
Aplicando la fórmula de Darcy-Weisbach:


12 *1.6 2

hf  0.019
(
0
.
1022
)(
19
.
62
)


h = 0.29 m.c.a.
Calculo 4.- Pérdidas en la línea de conducción hfl cond.
Procediendo de la misma forma obtnemos la siguiente tabla.
CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN LA LINEA DE CONDUCCION
PARA LA PLANTA DE BOMBEO No.5 CON UN GASTO DE 7.0 L.P.S.
Tramo
Tubería de
“PVC” de
Gasto
Diámetro Longitud
E
lps.
mm
m
mm
Area Velocid
ad
m2 m/seg.
13.0
254.0
264.2
0.02
0.051
0.26
f
Hf
m.c.a.
0.02
0.07
SUMA 0.07
Cálculo No. 5.5.a.- Pérdida de carga por piezas especiales en la conducción (hf piezas esp. cond.) en la
planta de bombeo No.- 5.
La pérdida por accesorios se estima del orden del 5% de las pérdidas por fricción en la
conducción.
hf piezas esp. cond. = 0.07 * 0.06 = 0.004 m.c.a.
hfl cond. = 0.004 mca
Efectuando la suma de pérdidas de carga desde la succión hasta la llegada al pozo, se obtiene:
hf Total = 0.372 + 0.29 + 0.07+ 0.004 = 0.736  0.74
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
hf Total = 0.74 mca
Por lo tanto, la carga dinámica total para la planta de bombeo No.-4 será:
CDT min = 8.36 + 0.74 =
CDT dis
= 8.87 + 0.74 =
CDT max = 9.38 + 0.74 =
9.10 mca  29.85 pca
9.61 mca  31.52 pca
10.12 mca  33.19 pca
NOTA: pca, pies columna de agua.
Qdis = 13.0 lps
CDTdis = 9.61 mca
Fabricante
Modelo
Bombas KSB
Curva 1
Bombas
Flygt
Curva 2
KRT E 80C3102/CP/CS/W4
200/24 XG-168
33
Bombas
Impel
Curva 3
LU-076-054170W
Velocidad (rpm)
1750
1735
1750
Eficiencia Nominal (%)
62.5
-------
-------
Potencia Total Corregida (HP)
3.4
5
5
3
4
3
Brida de descarga (pul.)
Nota: Ver anexo curvas del fabricante.
Revisando el cuadro comparativo se concluye que el modelo KRT E 80-200/24 XG-168 de KSB
ofrece un menor consumo de energía.
POTENCIA DEL MOTOR ELECTRICO
Q CDT
HP=----------------76 
(13) (9.61)
HP=----------------------76 ( 0.625)
HP= 2.63
Por Lo Tanto Se Selecciona El Motor De La Capacidad Inmediata Superior Que Es De 5 Hp.
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Anexo C. Elaboración de Anteproyectos .
SELECCIÓN DE LA VALVULA DE ADMISION Y EXPULSION DE AIRE.
Para la selección de la válvula se considerara la curva de la bomba C3102/CP/CS/W433 de
FLYGT, por representar las condiciones más desfavorables, con lo cual se protege al sistema
en caso de equipar el pozo con un equipo de características similares. De dicha gráfica se
observa que el caudal que proporciona la bomba con carga mínima en condiciones de estiaje
es de 19.00 l.p.s.
Con la información anterior nos referimos al (anexo 11) y tomamos el caudal inmediato superior
a 19.00 l.p.s. que es 20 l.p.s., con el cual se determina una válvula de 3/4” de diámetro.