01_anexo_b_calc_bomb_01-38 (1)

Estacion de Bombeo No.- 1-38H. Matamoros, Tamaulipas.

Anexo B

AyMA Ingenieríay Consultoría S. A. de C.V.

1 Indice 5-1

PROYECTO MECÁNICOMEMORIA DE CALCULO

ESTACION DE BOMBEODE AGUAS RESIDUALES y PLUVIALES

No.- 1-38Junta de Aguas y Drenaje

H. Matamoros, Tamaulipas


Anexo 5 B


5B-2

DETERMINACIÓN DE GASTOS DE APORTACIÓN SANITARIACiudad Matamoros, Tamaulipas

Sistema Estación de Bombeo-01-38

1. DATOS DE PROYECTO

Datos de entrada Agua Pluvial Sanitaria Total Unidad

Población 2000 (Total) 77,190 77,190 77,190 habPoblación 2000 (de EB-01) 19,595 19,595 19,595 habPoblación 2000 (de EB-38) 7,877 7,877 7,877 habPoblación 2000 (de Subcuenca 01+38) 27,472 27,472 27,472 habPoblación de proyecto 2024 (Total) 129,024 129,024 129,024 habPoblación de proyecto 2024 (de EB-01) 32,753 32,753 32,753 habPoblación de proyecto 2024 (de EB-38) 13,166 13,166 13,166 habPoblación de proyecto 2024 (Subcuenca 01+38) 45,919 45,919 45,919 habÁrea de estudio 2,350 2,350 2,350 HaDotación de proyecto 301.06 301.1 l/sTasa de infiltración 4,675.00 4,675.0 l/Ha dAportación sanitaria 225.80 225.80 l/Hab dAportación por Infiltración 85.15 85.15 l/Hab dAportación Total 310.94 310.94 l/Hab dCoeficiente de flujo pico 1.00 3.00

Datos ClimatológicosElevación 10.00 msnmTemperatura media - verano 20.00 °C - invierno 10.00 °CPresión barométrica media 759.10 mm Hg

Temperatura media del agua residual - verano 18.00 °C - invierno 15.00 °C

Estimación de caudalesCaudal medio 120.00 120.00 l/sCaudal mínimo 60.00 60.00 l/sCaudal pico sanitario 360.01 360.01 l/sCaudal de infiltración 45.25 45.25 l/sGasto medio de estiaje 165.26 165.26 l/s

14,278.23 14,278.23Gasto mínimo de estiaje 105.26 105.26 l/s

9,094.09 9,094.09Gasto pico de estiaje 405.26 405.26 l/s

35,014.79 35,014.79Gasto de diseño flujo tormenta 800.00 800.00 l/sGasto medio con flujo tormenta 800.00 165.26 965.26 l/sGasto mínimo con flujo tormenta 800.00 105.26 905.26 l/sGasto máximo con flujo tormenta 800.00 405.26 1,205.26 l/s

m3/d

m3/d

m3/d


Anexo 5 B


5B-3

CÁLCULO DE LA CARGA DE BOMBEO AGUA PLUVIAL EB-01-38

Caracteristicas del Equipo Propuesto:Nombre de bomba Bomba de aguas pluvialesNo. De TAG BCS-002-1/4Ubicación del equipo EB-01Tipo de bomba Centrifúga sumergiblePropiedades del Líquido a Bombear:Caudal promedio (aguas crudas) 800.00 l/sCaudal total para diseño de bombas (máximo) 800 l/sNúmero de bombas en operación 3Número de bombas en reserva 1Caudal bombeado por equipo 266.67 l/sTipo de fluido Aguas negras

9927

8.00E-07

CALCULO DE LAS PERDIDAS DE CARGA EN TUBERÍASMateriales de construcción:Tubería de succión: Acero al Carbón (AC)Tubería de descarga: Acero al Carbón (AC)Tubería de conducción: Polietileno de Alta Densidad (PAD)Calculo de las Perdidas Primarias:

Succión Descarga Multiple ConducciónFlujo (Q) lps 266.67 l/s 266.67 l/s 800.00 l/s 800.00 l/sLongitud (L) m 0.20 9.60 17.96 2,650Diámetro pulg 18 16 30 30Rugosidad (e) mm 0.05 0.05 0.05 0.0015Diámetro Interno (D) mm 457.2 406.4 762 762Velocidad (V) m/s 1.62 2.06 1.75 1.75No. de Reynolds (Re) 9.283E+05 1.044E+06 1.671E+06 1.671E+06e/D (rugosidad relativa) 1.09E-04 1.23E-04 6.56E-05 1.97E-06f 0.0137 0.0137 0.0123 0.0108

Pérdida de carga (mca) en tubo nuevo 0.0008 0.0698 0.0456 5.9059Pérdida de carga (mca) en tubo usado 0.001 0.087 0.057 7.382

Calculo de las Perdidas Secundarias:No. De Piezas por Tramo

K Succión Descarga Conducción ConducciónCodo de 90º 0.2 1 2 2 7Codo de 45º 0.2 1 1Valvula de retención 2.5 1Valvula de compuerta 0.2Valvula de mariposa 0.1 1 1Reducción 0.16 1Inserción 0.55 1Retorno de 180° 2.2

Suma de K's 0.2 3.91 0.5 1.6Pérdida de carga (mca) 0.0269 0.8422 0.0784 0.2510

Peso especifico g en N/m3 a 25ºC

Viscosidad cinemática (m2/s aT=30°C)


Anexo 5 B


5B-4

Para los cálculos anteriores se tomaron en cuenta las siguientes fórmulas

Número de Reynolds

Factor de Fricción (f)

Pérdida de Carga en Tubería (Primarias)

Pérdida de Carga en Accesorios (Secundarias)

Sumarizando perdida de carga en tuberías:

7.53 mca

1.20 mca

8.73 mcaCálculo de la carga estática Nivel de la succión en metros 1.45 mcaNivel del eje de la bomba 1.45 mcaNivel de la descarga en metros 8.40 mca

6.95 mca

H= 15.68 mca

CÁLCULO DE POTENCIAS

Calculo de la potencia hidráulica:

41.50 KW

Calculo de la potencia al freno:

Aplicando la siguiente ecuación: en (Kw)

0.680Substituyendo los valores correspondientes obtenemos : 61.03 KWpor tanto la potencia requerida por cada bomba sera de: 81.84 HP

La potencia para el motor se calcula con la ecuación

0.909

Substituyendo los valores se obtiene la potencia de bombeo requerida por motor : 67.14 KW90.03 HP

de donde la potencia inmediata superior comercial del motor es de: 100.00 HP

Suma de pérdidas en tubería (ht)

Suma de Pérdidas en accesorios (ha)

Total perdida de carga en tuberías (Hf):

Carga estatica en metros (Hest)

CALCULO DE LA CARGA TOTAL DE BOMBEO (Hf + Hest)

La carga dinámica total de bombeo será Hest + Hf de donde se obtiene:

Sustituyendo en la ecuación de potencia hidráulica (WHP) se tiene:

Considerando una eficiencia en el bombeo (nb) de:

En el rango de potencia obtenido se tiene que la eficiencia del motor (nm) es :

hK V

aa2g

2

fe

D

e

D

1

23 71

5 02

3 71

14 52

l og.

.

R el og

.

.

R e

hfLV

gcD

2

2

Re VD

v

W HP=QH γ1000

BHP=W b=QH γ1000ηb

W m=W b

ηm


Anexo 5 B


5B-5

NOTA:La portencia determinada por este calculo es teórica, por lo que para la selección final de la bombase recurre a las curvas de desempeño de los fabricantes del equipo de bombeo. Vease más delante(al final de estas hojas de calculo) la curva de selección de cada uno de los equipos.Equipo Seleccionado:Marca/Modelo: ITT FLYGT/NP-3300/605-MTPotencia nominal: 75 HP

TRAZO DE LA CURVA DEL SISTEMA

Seleccionando un intervalo de variación del gasto Q de: 12 segmentos, se tabula:

Observaciones/Comentarios Gasto Q Tubería Usada Tubería Nueva

H (mca) H (mca)0.00 0.00 6.95 0.00 6.95

Una bomba 66.67 0.73 7.68 0.58 7.53en 133.33 1.45 8.40 1.16 8.11

Operación 200.00 2.18 9.13 1.75 8.70266.67 2.91 9.86 2.33 9.28

Dos 333.33 3.64 10.59 2.91 9.86Bombas 400.00 4.36 11.31 3.49 10.44

en Operación 466.67 5.09 12.04 4.07 11.02533.33 5.82 12.77 4.65 11.60

Tres 600.00 6.54 13.49 5.24 12.19Bombas 666.67 7.27 14.22 5.82 12.77

en Operación 733.33 8.00 14.95 6.40 13.35800.00 8.73 15.68 6.98 13.93

Hf (mca) Hf (mca)

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.000.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

Curva del Sistema

Tubería Usada

Tubería Nueva

Gasto (l/s)

Car

ga

(mca

)


Anexo 5 B


5B-6

CÁLCULO DE LA CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN (NPSH)

Pb+hs-(Vp+hf)Donde:

759.10 mm Hg = 33.64 ft

1.891 ft @ 35 °Chs= Altura o carga estática de succión (ft) 4.76hf= Perdidas por fricción en succión (ft) 0.09

26.90 ft8.20 m

Calculo del NPSH disponible (NPSHD) con altura estática de succión: NPSHD = Pb-(Vp+hs+hf)

Calculo del NPSH disponible (NPSHD) con carga estática de succión: NPSHD =

Pb= Presión barométrica (ft)

Vp= Presión de vapor del líqido a su máxima temp. (ft)

NPSHD =


Anexo 5 B


5B-7

CÁLCULO DE LA CARGA DE BOMBEO AGUA RESIDUAL EB-01-38

Caracteristicas del Equipo Propuesto:Nombre de bomba Bomba de Aguas ResidualesNo. De TAG BCS-001-1/4Ubicación del equipo EB-01Tipo de bomba Centrifúga sumergiblePropiedades del Líquido a Bombear:Caudal promedio (aguas crudas) 165.26 l/sCaudal total para diseño de bombas (máximo) 405.26 l/sNúmero de bombas en operación 3Número de bombas en reserva 1Caudal bombeado por equipo 135.09 l/sTipo de fluido Aguas negras

9927

8.00E-07

CALCULO DE LAS PERDIDAS DE CARGA EN TUBERÍASMateriales de construcción:Tubería de succión: Acero al Carbón Cédula 40Tubería de descarga: Acero al Carbón Cédula 40Tubería de conducción: Acero al Carbón Cédula 40Calculo de las Perdidas Primarias:

Succión Descarga Multiple ConducciónFlujo (Q) lps 135.09 l/s 135.09 l/s 405.26 l/s 405.26 l/sLongitud (L) m 0.20 12.00 7.00 40.00Diámetro pulg 12 12 18 18Rugosidad (e) mm 0.05 0.05 0.05 0.05Diámetro Interno (D) mm 304.8 304.8 457.2 457.2Velocidad (V) m/s 1.85 1.85 2.47 2.47No. de Reynolds (Re) 7.054E+05 7.054E+05 1.411E+06 1.411E+06e/D (rugosidad relativa) 1.64E-04 1.64E-04 1.09E-04 1.09E-04f 0.0147 0.0147 0.0132 0.0132

Pérdida de carga (mca) en tubo nuevo 0.0017 0.1008 0.0630 0.3597Pérdida de carga (mca) en tubo usado 0.002 0.126 0.079 0.450

Calculo de las Perdidas Secundarias:No. De Piezas por Tramo

K Succión Descarga Multiple ConducciónCodo de 90º 0.2 1 2 2 6Codo de 45º 0.2 1Valvula de retención 2.5 1Valvula de compuerta 0.2Valvula de mariposa 0.1 1Reducción 0.16 1 1Inserción 0.55 1Retorno de 180° 2.2

Suma de K's 0.36 3.91 0.4 1.2Pérdida de carga (mca) 0.0629 0.6831 0.1242 0.3727

Peso especifico g en N/m3 a 25ºC

Viscosidad cinemática (m2/s aT=30°C)


Anexo 5 B


5B-8

Para los cálculos anteriores se tomaron en cuenta las siguientes fórmulas

Número de Reynolds

Factor de Fricción (f)

Pérdida de Carga en Tubería (Primarias)

Pérdida de Carga en Accesorios (Secundarias)

Sumarizando perdida de carga en tuberías:

0.66 mca

1.24 mca

1.90 mcaCálculo de la carga estática Nivel de la succión en metros 1.45 mcaNivel del eje de la bomba 1.45 mcaNivel de la descarga en metros 12.20 mca

10.75 mca

H= 12.65 mca

CÁLCULO DE POTENCIAS

Calculo de la potencia hidráulica:

16.96 KW

Calculo de la potencia al freno:

Aplicando la siguiente ecuación: en (Kw)

0.615Substituyendo los valores correspondientes obtenemos : 27.58 KWpor tanto la potencia requerida por cada bomba sera de: 36.99 HP

La potencia para el motor se calcula con la ecuación

0.889

Substituyendo los valores se obtiene la potencia de bombeo requerida por motor : 31.03 KW41.61 HP

de donde la potencia inmediata superior comercial del motor es de: 50.00 HP

Suma de pérdidas en tubería (ht)

Suma de Pérdidas en accesorios (ha)

Total perdida de carga en tuberías (Hf):

Carga estatica en metros (Hest)

CALCULO DE LA CARGA TOTAL DE BOMBEO (Hf + Hest)

La carga dinámica total de bombeo será Hest + Hf de donde se obtiene:

Sustituyendo en la ecuación de potencia hidráulica (WHP) se tiene:

Considerando una eficiencia en el bombeo (nb) de:

En el rango de potencia obtenido se tiene que la eficiencia del motor (nm) es :

hK V

aa2g

2

fe

D

e

D

1

23 71

5 02

3 71

14 52

l og.

.

R el og

.

.

R e

hfLV

gcD

2

2

Re VD

v

W HP=QH γ1000

BHP=W b=QH γ1000ηb

W m=W b

ηm


Anexo 5 B


5B-9

NOTA:La portencia determinada por este calculo es teórica, por lo que para la selección final de la bombase recurre a las curvas de desempeño de los fabricantes del equipo de bombeo. Vease más delante(al final de estas hojas de calculo) la curva de selección de cada uno de los equipos.Equipo Seleccionado:Marca/Modelo: ITT FLYGT/NP-3201-MTPotencia nominal: 35 HP

TRAZO DE LA CURVA DEL SISTEMA

Seleccionando un intervalo de variación del gasto Q de: 12 segmentos, se tabula:

Observaciones/Comentarios Gasto Q Tubería Usada Tubería Nueva

(l/s) H (mca) H (mca)0.00 0.00 10.75 0.00 10.75

Una bomba 33.77 0.16 10.91 0.13 10.88en 67.54 0.32 11.07 0.25 11.00

Operación 101.32 0.47 11.22 0.38 11.13135.09 0.63 11.38 0.51 11.26

Dos 168.86 0.79 11.54 0.63 11.38Bombas 202.63 0.95 11.70 0.76 11.51

en Operación 236.40 1.11 11.86 0.89 11.64270.18 1.27 12.02 1.01 11.76

Tres 303.95 1.42 12.17 1.14 11.89Bombas 337.72 1.58 12.33 1.27 12.02

en Operación 371.49 1.74 12.49 1.39 12.14405.26 1.90 12.65 1.52 12.27

Hf (mca) Hf (mca)

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.009.50

10.00

10.50

11.00

11.50

12.00

12.50

13.00

Curva del Sistema

Tubería Usada

Tubería Nueva

Gasto (l/s)

Car

ga

(mca

)


Anexo 5 B


5B-10

CÁLCULO DE LA CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN (NPSH)

Pb+hs-(Vp+hf)Donde:

759.10 mm Hg = 33.64 ft

1.891 ft @ 35 °Chs= Altura o carga estática de succión (ft) 4.76hf= Perdidas por fricción en succión (ft) 0.21

26.78 ft8.16 m

Calculo del NPSH disponible (NPSHD) con altura estática de succión: NPSHD = Pb-(Vp+hs+hf)

Calculo del NPSH disponible (NPSHD) con carga estática de succión: NPSHD =

Pb= Presión barométrica (ft)

Vp= Presión de vapor del líqido a su máxima temp. (ft)

NPSHD =


Anexo 5 B


5B-11

Análisis de Velocidades en Ductos de Circulares

Propuesta de Diámetros de Tuberias Propuesta de Diámetros de Tuberias

Flujo Diametros (pulgadas) Flujo Diametros (pulgadas)

lps Calculado Propuesto lps Calculado Propuesto

135.1 13.4 14 156.4 14.4 14

270.2 18.9 20 297.9 19.8 20

405.3 23.2 24 416.0 23.5 24

266.7 18.8 18 409.5 23.3 24

533.3 26.6 30 664.3 29.6 30

800.0 32.5 30 819.7 32.9 30

Matriz de Velocidades en Tuberías de Diferentes Diámetros (m/s)

Flujo Diametro, (pulgadas)

(lps) 42 30 24 20 18 16 14 12

135.09 0.15 0.30 0.46 0.67 0.82 1.04 1.36 1.85

270.18 0.30 0.59 0.93 1.33 1.65 2.08 2.72 3.70

405.26 0.45 0.89 1.39 2.00 2.47 3.12 4.08 5.55

266.67 0.30 0.58 0.91 1.32 1.62 2.06 2.69 3.65

533.33 0.60 1.17 1.83 2.63 3.25 4.11 5.37 7.31

800.00 0.90 1.75 2.74 3.95 4.87 6.17 8.06 10.96

156.40 0.17 0.34 0.54 0.77 0.95 1.21 1.57 2.14

297.90 0.33 0.65 1.02 1.47 1.81 2.30 3.00 4.08

416.00 0.47 0.91 1.43 2.05 2.53 3.21 4.19 5.70

409.50 0.46 0.90 1.40 2.02 2.49 3.16 4.12 5.61

664.30 0.74 1.46 2.28 3.28 4.05 5.12 6.69 9.10

819.70 0.92 1.80 2.81 4.04 4.99 6.32 8.25 11.23


Anexo 5 B


5B-12

DETERMINACIÓN DE NIVELES DE OPERACIÓN EN CÁRCAMO DE AGUA PLUVIAL EB-01-38Longitud/Diámetro de cárcamo l m 9.50Ancho de cárcamo a mNo de equipos en operación 3.00

Caudal influente mínimo 0.20

12.00

Caudal influente medio 0.40

24.00

Caudal influente pico 0.80

48.00

Caudal bombeado por bomba 0.27

16.00

Nivel de corona de muro en cárcamo NCM m 10.51Nivel de terreno natural NTN m 10.01Nivel máximo de agua NMA m 2.78Nivel mínimo de agua NmA m 1.45Nivel de Fondo de losa NFL m 0.82

Nivel de arranque bomba No. 1 NAB1 m 1.78Nivel de arranque bomba No. 2 NAB2 m 2.11Nivel de arranque bomba No. 3 NAB3 m 2.45Nivel de paro bomba No. 1 NPB1 m 1.45Nivel de paro bomba No. 2 NPB2 m 1.78Nivel de paro bomba No. 3 NPB3 m 2.11Tirante mínimo (para enfriamiento de bomba) H0 m 0.63Tirante de operación bomba No. 1 H1 m 0.33Tirante de operación bomba No. 2 H2 m 0.33Tirante de operación bomba No. 3 H3 m 0.33

Área útil de cárcamo A 70.88

Volumen para enfriamiento de bombas ("muerto") VmA 44.66

Volumen de regulación bomba No. 1 VRB1 23.53



Operando a Caudal Mínimo:

Tiempo de operación de la bomba: 5.88 min

Tiempo de llenado con la bomba parada: 1.96 min

El ciclo de bombeo será la suma de estos: 7.84 min

Operando a Caudal Medio:

El caudal de acumulación es: 8.00


Tiempo de llenado con la bomba 2 parada: 2.94 min


Operando a Caudal Pico:

Qmin m3 / s

m3 / min

Qmedio m3 / s

m3 / min

Qpico m3 / s

m3 / min

QB m3 / s

m3 / min

m2

m3

m3

m3

m3

Todas las bombas permanecen paradas hasta que el agua alcanza el nivel NAB1, entonces arranca la bomba No 1 para al abatir el nivel de agua hasta llegar a la cota dada por NmA, punto en el cual para y queda lista para reiniciar el ciclo.

tOB1 = VRB1 /(QB1-Qmin) =

tll = VRB1/Qmin =

t = tOB1 + tll =

La bomba No. 1 permanece todo el tiempo en operación, mientras que la bomba No. 2 arrancará cuando el agua alcanze el nivel NAB2, para abatir el nivel de agua hasta llegar a la cota dada por NAB1, punto en el cual para y queda lista para reiniciar el ciclo.

Qac = Qmedio - QB1 = m3 / min

tOB2 = VRB2 /(2QB-Qmedio) =

tll2 = VRB2/Qmedio =

t = tOB1 + tll =

Como el caudal máximo (pico) es igual al caudal bombeado por los tres equipos de bombeo, las tres bombas permanecen todo el tiempo en operación, mientras dure la condición de flujo pico, y el ciclo de la bomba número tres dependerá del tiempo que se mantenga esa condición.


Anexo 5 B


5B-13

DETERMINACIÓN DE NIVELES DE OPERACIÓN EN CÁRCAMO DE AGUA RESIDUAL EB-01-38Diámetro interior de cárcamo l m 7.20Diámetro exterior de cárcamo a m 12.00No de equipos en operación 3.00

Caudal influente mínimo 0.11

6.32

Caudal influente medio 0.17

9.92

Caudal influente pico 0.41

24.32

Caudal bombeado por bomba 0.14

8.11

Nivel de corona de muro en cárcamo NCM m 10.78Nivel de terreno natural NTN m 10.01Nivel máximo de agua NMA m 2.85Nivel mínimo de agua NmA m 1.45Nivel de Fondo de losa NFL m 0.99

Nivel de arranque bomba No. 1 NAB1 m 1.80Nivel de arranque bomba No. 2 NAB2 m 2.15Nivel de arranque bomba No. 3 NAB3 m 2.50Nivel de paro bomba No. 1 NPB1 m 1.45Nivel de paro bomba No. 2 NPB2 m 1.80Nivel de paro bomba No. 3 NPB3 m 2.15Tirante mínimo (para enfriamiento de bomba) H0 m 0.46Tirante de operación bomba No. 1 H1 m 0.35Tirante de operación bomba No. 2 H2 m 0.35Tirante de operación bomba No. 3 H3 m 0.35

Área útil de cárcamo A 72.38

Volumen para enfriamiento de bombas ("muerto") VmA 33.30




Operando a Caudal Mínimo:


Tiempo de llenado con la bomba parada: 4.01 min


Operando a Caudal Medio:

El caudal de acumulación es: 1.81


Tiempo de llenado con la bomba 2 parada: 14.00 min


Operando a Caudal Pico:

Qmin m3 / s

m3 / min

Qmedio m3 / s

m3 / min

Qpico m3 / s

m3 / min

QB m3 / s

m3 / min

m2

m3

m3

m3

m3

Todas las bombas permanecen paradas hasta que el agua alcanza el nivel NAB1, entonces arranca la bomba No 1 para al abatir el nivel de agua hasta llegar a la cota dada por NmA, punto en el cual para y queda lista para reiniciar el ciclo.

tOB1 = VRB1 /(QB1-Qmin) =

tll = VRB1/Qmin =

t = tOB1 + tll =

La bomba No. 1 permanece todo el tiempo en operación, mientras que la bomba No. 2 arrancará cuando el agua alcanze el nivel NAB2, para abatir el nivel de agua hasta llegar a la cota dada por NAB1, punto en el cual para y queda lista para reiniciar el ciclo. La bomba No. 3 no arranca durante este proceso.

Qac = Qmedio - QB1 = m3 / min

tOB2 = VRB2 /(2QB-Qmedio) =

tll2 = VRB2/Qmedio =

t = tOB1 + tll =

Como el caudal máximo (pico) es igual al caudal bombeado por los tres equipos de bombeo, las tres bombas permanecen todo el tiempo en operación, mientras dure la condición de flujo pico, y el ciclo de la bomba número tres dependerá del tiempo que se mantenga esa condición.

01_anexo_b_calc_bomb_01-38 (1)

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