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Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias de la IngenieraEscuela de Ingeniera en Construccin
INGENIERIA DE DETALLES DE UNAPLANTA ELEVADORA DE AGUAS SERVIDAS
DE CAPACIDAD Q=11,5 L/s y H=6,0m.DE BOMBAS SUMERGIBLES
Tesis para optar al Ttulo de:Ingeniero onstructor
Profesor Patrocinante:Sr. Carlos Vergara Muoz.Ingeniero Civil Mecnico
Magster en Economa y Gestin RegionalDoctor en Economa Aplicada
ARIEL ARTURO DELGADO ROGEL
VALDIVIA - CHILE2013
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AGRADECIMIENTOS.
Me corresponde agradecer a cada una de las personas que con su
colaboracin y apoyo hicieron posible mi tarea al confeccionar este documento, en
especial destaco el apoyo constante de mi familia y la contribucin tcnica brindada
por la seorita Soledad Guala, I.T.O. externo de Aguasdcima .S.A., con quin pude
acceder a obras en ejecucin y aclarar dudas en terreno, a los seores Aliro Pea y
Ricardo Rosales, funcionarios de Aguasdcima S.A., que me transmitieronexperiencias de Aguasdcima S.A. con respecto a la construccin y funcionamiento
de obras de plantas elevadora de aguas servidas construidas en Valdivia, al profesor
Jos Soto, quien amablemente aclar mis dudas con respecto a cmo lograr una
aproximacin al diseo estructural y a mi profesor patrocinante el seor Carlos
Vergara.
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RESUMEN.
Este documento presenta el proceso de clculo para una pequea planta
elevadora de aguas servidas, con una bomba en operacin, ms una de respaldo, y
la ingeniera de detalles de una planta tipo con una capacidad de 11,5 l/s y una altura
de elevacin geomtrica igual a 6 metros, usando bombas centrfugas sumergibles.
Tambin se incluye el apoyo terico, criterios para los clculos hidrulicosnecesarios para su diseo, planos generales, detalles de las cmaras y sus
elementos interiores ms importantes.
SUMMARY.
This document presents the calculation process for a small plant of
wastewater lifting, with a pump in operation, and one more in standby, and the detail
engineering of a tipical plant with a capacity of 11.5 l / s and a lifting height geometric
equal to 6 meters using submersible centrifugal pumps.
It also includes the theoretical support, criteria for the hydraulic calculations
necessary for its design, general drawings, details of the cameras and its most
important interior elements.
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INGENIERIA DE DETALLES DE UNA PLANTA ELEVADORA DE AGUAS
SERVIDAS DE CAPACIDAD Q=11,5 L/s y H=6,0 m. DE BOMBAS SUMERGIBLES
CAPTULO I: GENERALIDADES.
1.1. Introduccin1
1.2. Objetivos.2
1.3. Metodologa...3
CAPTULO II: ESTRUCTURA DE UNA PLANTA ELEVADORA DE AGUAS
SERVIDAS DE BOMBAS SUMERGIDAS (P.E.A.S.).
2.1. Introduccin..4
2.2. Cmara de Rejas..............................4
2.3. Cmara Desarenadora.. ....5
2.4. Pozo de Bombeo y Bombas......6
2.5. Sistemas de Control....8
2.6. Cmara de Vlvulas....8
2.7. Tubera de Impulsin......9
CAPTULO III:CAPACIDAD DE LA BOMBA, DISEO DEL TUBO DE IMPULSION Y
VOLUMEN NETO DE RETENCION DEL POZO.
3.1. Introduccin........11
3.2. Caudal de Diseo de la P.E.A.S.12
3.3. Altura Manomtrica Total.13
3.4. Dimensionamiento Tubera de Impulsin......15
3.5. Determinacin del volumen til del pozo....... 17
3.6. Determinacin de las presiones mx. y sobrepresin por golpe de ariete. 19
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CAPTULO IV: DESARROLLO DE LA INGENIERIA DE DETALLES PARA UNA
PLANTA TIPO de Q=11,5 L/s y H=6.0 m.
4.1. ESTRUCTURA GENERAL DE LA PLANTA Y CONDICIONES DEL DISEO...22
4.1.1. Estructura general de la Planta.....22
4.1.2. Profundidad del Colector23
4.1.3. Profundidad de la Tubera de Impulsin..24
4.1.4. Esquema general de la red interior..254.2. DISEO DE INGENIERIA BASICA.......26
4.2.1. Caudales.........26
4.2.2. Cotas y niveles preliminares de la P.E.A.S.......26
4.2.3. Seleccin del dimetro de la Tubera de Impulsin...28
4.2.4. Dimensionamiento del Pozo de Bombeo.. 30
4.2.5. Seleccin de la Bomba.... 32
4.2.6. Presiones en la Tubera de Impulsin....38
4.3. INGENIERIA DE DETALLE.42
4.3.1. Cmara de Rejas...49
4.3.2. Cmara Desarenadora.....61
4.3.3. Pozo de Aspiracin o Pozo de Bombeo....70
4.3.4. Cmara de Vlvulas..91
4.3.5. Ventilacin de la P.E.A.S.....96
4.3.6. Tubera de Impulsin. ..97
4.3.7. Obras Elctricas....98
CAPTULO V: CONCLUSION...100
CAPTULO VI: BIBLIOGRAFIA........102
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CAPTULO VII: ANEXOS..104
Anexo N1: Valores del coeficiente de rugosidad...104
Anexo N2: Determinacin de caudales105
Anexo N3: Diseo canal de cmara de rejas..108
Anexo N4: Prdidas de carga singulares113
Anexo N6: Diseo estructura de la P.E.A.S120
Anexo N7: Memorias de clculo de la estructura de P.E.A.S..124
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CAPTULO I: GENERALIDADES.
1.1. Introduccin.
Toda actividad humana produce inevitablemente aguas residuales, por ello
surge la ingeniera de las aguas residuales, cuyo fin es la proteccin del medio
ambiente con arreglo a las posibilidades econmicas e intereses sociales y polticos. 1
Para su control y disposicin final las aguas residuales deben ser
transportadas hacia las Plantas de Tratamientos de Aguas Servidas donde sernpurificadas, de acuerdo a las normas y leyes correspondientes, para luego ser
devueltas al medio ambiente. Su traslado se realiza por medio de la red de
alcantarillado de aguas servidas que posee cada localidad, stas escurren
generalmente en forma gravitacional, sin embargo, existen obras especiales como
las Plantas Elevadoras de Aguas Servidas, cuya funcin es transportar las aguas
servidas por una tubera a presin, desde un punto que se ubica bajo la cota
necesaria para escurrir por gravedad, a otro que posee una cota mayor,
incorporndolas nuevamente al sistema.
En Valdivia existen Plantas Elevadoras medianas y pequeas, que sirven a
una poblacin especfica, dado la topografa de la ciudad. Las Plantas pequeas
construidas poseen cmaras de seccin circular, conectadas entre s con tuberas,
mientras que la que describe este documento es una Planta ms compacta con
cmaras de seccin rectangular y cuadrada, brindando una mayor superficie interior.
En los siguientes prrafos se disear una Planta Elevadora pequea, a partir
de un caudal y una altura de elevacin hipottica, se mostrar cuales son los
cuidados y criterios que se deben tener presente para el diseo de los principales
elementos y seleccin de los equipos de bombeo.
1Tchobanoglous, G. (1998, p.9)
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1.2. Objetivos.
Presentar el proceso de clculo y desarrollar la Ingeniera de Detalles de una
Planta Elevadora de Aguas Servidas de capacidad Q=11,5 L/s y H=6,0 m. de
Bombas sumergibles, y de esta forma contribuir como una gua en la
confeccin de proyectos y ejecucin de obras de este tipo.
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1.3. Metodologa.
La metodologa de trabajo consistir en reunir toda la bibliografa necesaria
que describe el tema planteado, esto es, reunir el apoyo terico necesario para
describir en forma ordenada y resumida los parmetros principales que se estudian
al momento de disear una Planta Elevadora de Aguas Servidas, especialmente lo
relacionado al clculo hidrulico. Finalmente realizar un aporte en lo que se refiere a
la ingeniera de detalles para una P.E.A.S. de la capacidad propuesta, adoptando las
soluciones que ms acomodan en cuanto a diseo y construccin, confeccionandolminas de aquellos puntos en los cuales los proyectos generalmente no son muy
extremados.
Para lograr este objetivo se proceder al anlisis de proyectos, obras
ejecutadas, catlogos tcnicos de proveedores de elementos que conforman la
Planta y entrevistas con Jefes de Obras, Constructores Civiles, Ingenieros Civiles e
Inspectores y Profesionales de la Empresa de Servicios Sanitarios presente en
Valdivia.
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CAPITULO II: ESTRUCTURA DE UNA PLANTA ELEVADORA DE AGUAS
SERVIDAS DE BOMBAS SUMERGIDAS (P.E.A.S.). 2
2.1. Introduccin.
Una Estacin de Bombeo o Planta Elevadora de Aguas Servidas es la
solucin a la problemtica que se presenta al tener que construir colectores de
grandes profundidades para satisfacer las necesidades de conectar tramos de
alcantarillados a la red global, esto se debe a que surgen problemas de tipotopogrfico principalmente, ya que el transporte de las aguas servidas se realiza de
preferencia por gravedad. El hecho de no utilizar una P.E.A.S. llevara a la
construccin de sistemas de colectores muy profundos, grandes y costosos. 3
El modo de cmo llega el agua residual a la P.E.A.S. es por medio de un
colector interceptor, que conduce el agua residual desde un punto de interseccin de
los tramos anteriores de la red de alcantarillado. La longitud total de alcantarillado,
con independencia del tamao, depende de las caractersticas urbanas de la
poblacin.4
La estructura de la Planta consta generalmente de 4 compartimientos que son:
una Cmara de Rejas, una Cmara Desarenadora, un Pozo de Bombeo y una
Cmara de Vlvulas. Otro componente de la Planta es la tubera de impulsin que
conduce el agua hasta su disposicin final.
2.2. Cmara de Rejas.
El primer obstculo que deber enfrentar el agua residual al entrar a la Planta
Elevadora es una Cmara de Rejas, la cual cumple el objetivo de impedir el paso de
slidos en suspensin hacia el sistema de elevacin, reteniendo todos aquellos
2La informacin del presente captulo ha sido obtenida principalmente de Tchobanoglous, G. (1998),
Tchobanoglous, G. (1995), de entrevistas con profesionales de AGUASDECIMA S.A. e inspecciones aP.E.A.S. existentes.3 Tchobanoglous, G. (1998, p.382), e Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
4 Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
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slidos que superen la separacin de los dientes de dichas rejas y que puedan
causar la obstruccin de los equipos de bombeo.5
sta es una cmara de paso y no se produce acumulacin parcial de agua en
su interior, el traslado del agua residual a travs de ella es por medio de un canal
abierto, entonces acta de forma similar a una cmara de inspeccin, el la cual las
aguas servidas circulan por accin de la gravedad y se proyecta de modo que se
impida la acumulacin de arenas y dems materiales pesados, evitando tambin la
presencia de baches o imperfecciones al momento de su construccin.
6
La reja va ubicada dentro del canal. El canal posee una pendiente
descendiente en la direccin que circula el agua, debe ser recto y perpendicular a la
reja, con la finalidad de conseguir una distribucin uniforme de slidos en el flujo y en
la reja.7
Como sta es la cmara de ingreso a la estructura de la Planta, dentro de ella
se instala una vlvula para evitar el ingreso de agua, en las ocasiones que fuese
necesario.
2.3. Cmara Desarenadora.
Un desarenador convencional es un tanque construido con el propsito de
sedimentar partculas en suspensin por accin de la gravedad, stas unidades
mantienen una velocidad que proporciona suficiente tiempo como para que
sedimenten las partculas en el fondo de la cmara.
En la Planta Elevadora la Cmara Desarenadora se construye para separar
arenas, la grava, cenizas, y cualquier otro material pesado cuya velocidad de
sedimentacin o peso especfico sea considerablemente superior al de los slidos
5Tchobanoglous. G. (1995, Vol.2, p.507, p509).
6Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
7Tchobanoglous. G. (1995, Vol.2, p.510), e Informacin recopilada de proyectos de P.E.A.S.
construidas por AGUASDECIMA S.A.
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putrescibles presentes en las aguas servidas8. sta estructura se utiliza para
proteger los elementos mecnicos de la abrasin y el excesivo desgaste, y la
reduccin de depsitos pesados en el interior de las tuberas de conduccin, es por
ello que se ubica antes de los equipos de elevacin9.
El desarenador de la P.E.A.S. no elimina el 100% de las arenas, sino que
captura los slidos decantables de mayor calibre solamente, su remocin del fondo
de la estructura se realiza generalmente mediante un camin con succin al vaco o
en forma manual. Para evitar que las arenas se acumulen en los vrtices interioresde la cmara se proyecta una bancada en todo su contorno inferior. 10
Como sta es una cmara de acumulacin, en forma parcial, y las aguas
servidas estn en contacto directo con el interior de la cmara, consta con una
tubera de ventilacin para la eliminacin de los gases producto de la putrefaccin. 11
La Cmara Desarenadora, y las dems, deben cumplir con la condicin de
estanqueidad para evitar la contaminacin de la napa de agua del sector donde
funcionar la P.E.A.S.
2.4. Pozo de Bombeo y Bombas.
La Cmara de Aspiracin o Pozo de Bombeo es necesario para el
almacenamiento del agua residual antes de su elevacin. Esta estructura se instala
despus de la Cmara de Rejas y Cmara Desarenadora, mdulos encargados de
proteger las bombas.
El Pozo de Bombeo de la P.E.A.S. debe contar con dos bombas iguales como
mnimo, dependiendo de su capacidad y diseo, una de las bombas es de reserva y
evita que el sistema deje de funcionar si se producen daos en uno de los equipos.
8Tchobanoglous. G. (1995, Vol.2, p.520).
9Tchobanoglous. G. (1995, Vol.2, p.521).
10Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
11Informacin recopilada de proyectos de P.E.A.S. construidas por AGUASDECIMA S.A.
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Para su accionamiento poseen un sistema de control el cual arrancar y detendr las
bombas en forma alternativa dependiendo del nivel de agua en el Pozo.12
Se debe asegurar una disposicin de los niveles de partida y parada de las
bombas de manera tal que el aire no penetre en la bomba, para esto la parte superior
de la voluta se debe encontrar por debajo del nivel mnimo del agua. 13
Las bombas que se utilizan en los sistemas de elevacin de aguas servidas
son del tipo centrfugas, pueden ser sumergibles o no, y son accionadas por motores
elctricos. Una de las caractersticas que deben tener adems, es la de ser aptaspara trabajar en entornos explosivos (EX) y tener capacidad de transportar agua con
presencia de slidos de tamaos moderados.14
El volumen del pozo depende del caudal de entrada y las caractersticas de
las bombas, que condicionan el caudal de salida del pozo, se proyecta de manera tal
que se evite el potencial desarrollo de condiciones spticas y produccin de olores.
Junto con las bombas y un pequeo tramo de descarga, est tambin en el
interior del pozo de aspiracin una pantalla deflectora o disipador de energa, que se
ubica justo frente al ingreso del agua residual, esta pantalla reduce la velocidad que
trae el agua y protege a las bombas del golpe hidrulico que produce el caudal de
agua que ingresa.15
Las caractersticas estructurales del pozo de bombas son similares a las
cmaras anteriores, es decir, tambin consta con una estructura rgida y estanca, los
elementos para su ingreso son una tapa y escaleras o escalines metlicos.
Como el pozo almacena el agua residual hasta alcanzar los niveles en que se
han proyectado la partida de las bombas, tambin debe poseer un escape para los
gases que se acumulan mientras el agua permanece en su interior.
12Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
13Tchobanoglous, G. (1998, p.422).
14Informacin Suministrada por AGUASDECIMA S.A. y Catalgos tcnicos FLYGT CHILE, 2005.
15Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
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2.5. Sistemas de Control.
Los sistemas de control que poseen las P.E.A.S. son automticos y manuales,
los primeros se basan en el nivel de agua dentro del pozo de bombeo y son
generalmente flotadores, los controles manuales son adicionales para poder activar o
desactivar los mecanismos cuando ocurren emergencias o se realiza
mantenimiento.16
Para proteger los elementos que componen los sistemas de control, que no se
ubican el pozo de bombeo y no deben estar expuestos a la intemperie, se empleageneralmente un tablero de control metlico. En algunas Plantas el tablero de control
suele ubicarse dentro de una caseta de mando, la cual es una edificacin construida
para efectos de proteger los equipos elctricos, que controlan y abastecen a las
bombas.17
2.6. Cmara de Vlvulas.
La cmara de vlvulas est situada adyacente al pozo de bombeo y alberga el
conjunto de tuberas de descarga de las bombas y su correspondientes vlvulas.18
Dentro de este recinto las descargas de las bombas se unen para dar inicio a un
nico conducto que es la tubera de impulsin de la P.E.A.S.
En esta cmara el agua residual no est en contacto con el ambiente interior
de la estructura, sino que pasa a travs de ella por las tuberas y piezas especiales
que conforman la red interior de la Planta, a pesar de esto generalmente tambin se
proyectan con un escape para su ventilacin.19
La profundidad de este compartimiento es menor que el de las cmaras
anteriores, y va de acuerdo a la profundidad a la cual se construir la tubera de
impulsin de la Planta.
16Tchobanoglous, G. (1998, p.403 y 404).
17Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
18Tchobanoglous, G. (1998, p.397).
19Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
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La cmara de vlvulas hospeda dos tipos de vlvulas que son las que se
utilizan comnmente, de retencin y de compuerta, ambas son instaladas en forma
horizontal para evitar el depsito de slidos y la obturacin de la descarga mientras
se encuentran cerradas. La primera impide el retorno del fluido al pozo de bombeo y
se acciona automticamente con los cambios de presin permitiendo la circulacin
en un solo sentido, y la segunda generalmente es de accionamiento manual y corta
todo flujo de agua al ser accionada.20
2.7. Tubera de Impulsin.
La tubera de impulsin es la que recibe el agua residual descargada por la
estacin de bombeo y la transporta a presin hasta el punto de evacuacin, el cual
puede ser un alcantarillado que funcione por gravedad o una estacin depuradora.21
La longitud de la tubera de impulsin depender de las condiciones y ubicacin que
presentan en terreno los puntos de recogida y entrega del sistema.
La conduccin del agua por la tubera, al igual que el colector interceptor, es
bajo tierra con el fin de evitar cargas inadecuadas, choques, actos vandlicos e
incomodidad para la poblacin en general. Esta tubera se instala a profundidades
menores que la de un colector comn y a diferencia de stos no posee cmaras de
inspeccin en su transcurso, por ser un conducto que trabaja a presin; sin embargo,
a la salida del conducto ste descarga a una cmara de inspeccin. 22
Los materiales que se utilizan hoy en da en estas tuberas son de preferencia
sintticos, como el PVC Hidrulico y el Polietileno de Alta Densidad (PEAD), siendo
este ltimo el preferido. En los casos en que es necesario darle rigidez a la tubera
de impulsin se utilizan tuberas metlicas, como tubos de fierro fundido o de acero
20Tchobanoglous, G. (1998, p.401).
21Tchobanoglous, G. (1998, p.343)
22Lpez, R. (2002, p.188, p.280)
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galvanizado, dichos casos corresponden principalmente a tuberas en voladizo y
expuestas a la intemperie.23
23Informacin suministrada por AGUASDECIMA S.A.
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CAPITULO III:CAPACIDAD DE LA BOMBA, DISEO DEL TUBO DE IMPULSION Y
VOLUMEN UTIL DE RETENCION DEL POZO.
3.1. Introduccin.
La P.E.A.S. cumple el objetivo de transportar el agua residual de un punto de
cota ms baja a otro de cota mayor. En una vista general los componentes de la
Planta que participan directamente en la elevacin del agua son los equipos de
bombeo, el pozo de acumulacin y la tubera de impulsin, principalmente. Para la seleccin de los equipos de bombeo que se utilizan se deben conocer
los parmetros frente a los cuales van a operar, que esencialmente son: la capacidad
de impulsin en trminos de caudal, la altura de energa total que la o las bombas
deben imprimir al flujo y el tipo de fluido a impulsar (en este caso aguas servidas
domiciliarias). La capacidad de la bomba es el volumen de lquido que puede
bombear por una unidad de tiempo y se expresa, generalmente, en litros por
segundo o metros cbicos por segundo. La altura de energa total o altura total que
deben aportar las bombas es igual a la suma de las prdidas de carga a travs del
sistema, ms la diferencia de cotas entre el nivel de descarga y el nivel de agua en el
pozo de bombeo.
En la estimacin del volumen til del pozo se deben tener presentes los
tiempos de detencin mnimo y mximo de retencin, adems de los caudales
mximo y mnimo de aguas servidas que ingresan a la P.E.A.S.
El tubo de impulsin se dimensiona conforme al caudal mximo de aguas
servidas que se desea elevar, la velocidad mnima para arrastrar los slidos que se
depositan en las tuberas, la velocidad mxima necesaria para evitar o absorber el
golpe de ariete y las caractersticas tcnicas de las tuberas empleadas.
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3.2. Caudal de Diseo de la P.E.A.S.
El valor del caudal de bombeo de aguas servidas para el diseo de la P.E.A.S.
corresponde al caudal punta del proyecto, tambin se deben tener presentes los
caudales medios inicial y de proyecto y el mnimo inicial.Los caudales medio, inicial
y de proyecto son importantes, ya que los equipos deben seleccionarse para
funcionar lo ms eficientemente posible para los caudales medios. Los caudales
iniciales mnimos tienen importancia en el dimensionamiento de la tubera de
impulsin, ya que los slidos que se depositen a bajas velocidades no debenproducir obturaciones.
El caudal de elevacin de aguas servidas se obtiene por medio del estudio de
las caractersticas de la zona a la cual van a servir las obras y se basa,
principalmente en las siguientes cuantificaciones.24
1. Poblacin Acumulada y Dotacin.
2. Caudales medios de Aguas Servidas.
3. Caudal mximo Residencial.
4. Caudal mximo Especial.
5. Caudales de Infiltracin y Aportaciones Incontroladas.
Concretamente, el caudal de elevacin corresponde a la suma del caudal
mximo horario (aporte domstico, industrial, comercial e institucional), caudal de
infiltracin y conexiones erradas, aumentado en un porcentaje como resguardo. La
literatura consultada no da recomendaciones sobre este resguardo. La revisin de
memorias de clculo de diversos proyectos de P.E.A.S. indica un resguardo entre 5%
a 10%.
Es con este caudal que se realiza la seleccin de la motobomba y el
dimensionamiento de la tubera de impulsin, debido a que en el momento en que las
24Segn Nch 1105 of 1999.
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aguas servidas alcancen el nivel ms alto proyectado, las instalaciones sean
capaces de transportar el volumen de agua eliminado por los habitantes, sin provocar
el colapso del sistema de alcantarillado.
3.3. Altura Manomtrica Total.
Para la seleccin de la bomba se debe conocer la altura necesaria que debe
vencer, que es la altura manomtrica total, la cual esta compuesta por la altura
geomtrica de aspiracin, la altura geomtrica de elevacin, las prdidas porrozamiento, la altura de velocidad y las prdidas de carga singulares.
La altura geomtrica total (Hgeom.) es la diferencia de cotas del lquido en los
niveles de la descarga y aspiracin, est compuesta por la altura geomtrica de
aspiracin (hs) que es la diferencia de cotas existentes entre el nivel del lquido en la
aspiracin y el eje del rodete de la bomba y la altura geomtrica de elevacin (h d)
que es la diferencia de cotas existentes entre el nivel del lquido en la descarga y el
eje del rodete.25En las bombas sumergibles el nivel del lquido est por sobre el eje
del rodete, entonces se produce una pequea altura geomtrica de aspiracin
positiva (aspiracin en carga).
La prdida por rozamiento corresponde a la friccin que produce el flujo del
agua a travs de las tuberas. Estas prdidas se pueden calcular mediante la frmula
de Hazen-Williams, tanto para la tubera de aspiracin (h fs) como la de impulsin
(hfd).
La Altura de velocidad corresponde a la energa cintica contenida en el
lquido bombeado en cualquier punto del sistema y viene dado por26:
Altura de velocidad (hv) = V22g
25Tchobanoglous, G. (1998, p.300).
26Tchobanoglous, G. (1998, p.301).
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Donde: V = velocidad del lquido, m/s.
g = aceleracin de gravedad, m/s2
Esta velocidad debe ser tal que permita el arrastre de las arenas presentes en
el agua residual que no decantaron en la cmara desarenadora.
Las prdidas de carga singulares (hm) son las que se producen en las piezas
especiales y vlvulas, suelen estimarse como una fraccin de la altura de velocidad
utilizando la siguiente expresin:
27
hm= K V22g
Donde: hm = prdida de carga singular, m.
K = coeficiente de prdida de carga.
V = velocidad del lquido, m/s.
g = aceleracin de gravedad, m/s2
El coeficiente de prdida de carga es un valor tpico de cada una de las piezas
especiales, sus valores ms comunes se incluyen en el Anexo N 1, Prdidas
Singulares. En memorias de clculo de proyectos de obras ejecutadas cuando las
prdidas de carga singulares son poco importantes debido a la escasa presencia de
piezas especiales se ha utilizado como valor de clculo de ste parmetro un
aumento de un 5% de la prdida de carga por rozamiento en la tubera, lo cual queda
a criterio del proyectista.
La altura manomtrica total es aquella contra la cual va a trabajar la bomba.
Su determinacin se realiza teniendo en cuenta las alturas antes mencionadas.
27Tchobanoglous, G. (1998, p.301).
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Entonces la expresin para el clculo de la altura manomtrica total de una bomba
viene dada por: 28
Ht= Hgeom+ hfs+ hms+ hfd+ hmd+ Vd22g
Donde: Ht= altura manomtrica total, m.
Hgeom= altura geomtrica total, m.
hfs= prdida de carga por rozamiento en la tubera de aspiracin, m.
hms= prdida de carga singulares en la tubera de aspiracin, m.
hfd= prdida de carga por rozamiento en la tubera de impulsin, m.
hmd= prdida de carga singulares en la tubera de impulsin, m.
Vd= velocidad del lquido en el punto de descarga, m/s.
g = aceleracin de gravedad, m/s2.
En la ecuacin la altura de velocidad se considera que se pierde en la
descarga de la tubera de impulsin. En la prctica, esta prdida de energa se toma
como equivalente a una prdida en la salida y se incluye como prdida localizada.
3.4. Dimensionamiento de la tubera de impulsin.
El dimensionamiento de la tubera de impulsin est relacionado con la
prdida de carga por rozamiento, y todas las que dependen de la velocidad de
circulacin, ya que sta vara dependiendo del tamao del dimetro.
La velocidad debe ser lo suficientemente alta para transportar los slidos por
la tubera de impulsin, sin embargo, las velocidades elevadas crean mayores
prdidas por friccin, aumentando la altura manomtrica total de las bombas, y
adems provocando la aparicin del golpe de ariete. Estos aspectos suelen entrar en
conflicto entre s. Lo ms conveniente es elegir el tamao ms econmico de la
28Tchobanoglous, G. (1998, p.302).
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tubera que consiga velocidades de flujo adecuadas y a continuacin seleccionar las
bombas.
Una vez efectuado este dimensionamiento, puede resultar necesario emplear
un dimetro mayor para reducir las prdidas por rozamiento, o aumentar y disminuir
la velocidad en el interior del tubo.
En estaciones de bombeo de tamao medio o pequeo en las cuales el caudal
puede ser bombeado en forma intermitente las velocidades deseables en la tubera
de impulsin varan entre 1,1 m/s y 1,5 m/s, que es la mxima velocidadrecomendada para controlar el golpe de ariete29. Los criterios relativos a las
velocidades en las tuberas de impulsin han sido desarrollados basndose en que
los slidos no se depositan cuando la velocidad de circulacin es igual o mayor que
0,6 m/s., a velocidades inferiores, o cuando paran las bombas, los slidos se
sedimentan, por lo que es preciso conseguir una velocidad igual o superior a 1,1 m/s
para arrastrarlos de nuevo30.
La velocidad en la tubera se puede determinar por la relacin31:
V = _Q_A
Donde:
V = velocidad del fluido, m/s.
A = rea interior de la seccin de tubera, m2.
Q = caudal, m3/s.
Las prdidas por rozamiento en la tubera de impulsin deben ser razonables
y se pueden calcular por medio de la frmula de Hazen-Williams32:
29Lpez, R. (2002, p.127)
30Tchobanoglous, G. (1998, p.424)
31Tchobanoglous, G. (1998, p.25)
32Tchobanoglous, G. (1998, p.28)
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Q = 0,278 C D 2,63 S 0,54
Donde:
D = dimetro interior tubera, m.
C = coeficiente de rugosidad (C decrece al aumentar la rugosidad).
Q = caudal, m3/s
S = Pendiente de la lnea de carga, m/m.
Despejando S, y reemplazndola por hf / L, se obtiene:
hf =_10,7 Q1,85__L C1,85 D4,87
Donde:
hf= prdida de carga por rozamiento, m.
L = largo de la tubera, m.
El valor del coeficiente C depender del tipo de material, los valores de C
empleados comnmente se muestran en el Anexo 1, Valores del Coeficiente de
Rugosidad.
3.5. Determinacin del volumen til del pozo.33
El volumen til del pozo es el comprendido entre el nivel mnimo de agua en el
pozo que corresponde al nivel de parada del bombeo (no debe ser inferior al nivel
entregado por los fabricantes de la bomba), y el nivel mximo til que da inicio al
bombeo. La determinacin del volumen til del pozo se realiza tomando en cuenta
las restricciones referidas al tiempo mximo de retencin del agua en el pozo y el
33Segn Tablas del SERVIU, Valdivia.
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tiempo mnimo de detencin de las bombas para lograr su refrigeracin, se deben
evitar ciclos de bombeo demasiado cortos para no daar los motores de las bombas.
En general volumen til lo condiciona el tiempo mnimo de detencin, que
debe ser el recomendado por el fabricante de la bomba. Generalmente este tiempo
es de 5 minutos. Para caudal mximo de ingreso el volumen til mnimo corresponde
a:
Vtil mn.=.Qmx.x Td
Donde:
Vtil mn.= volumen til mnimo del pozo.
Qmx. =caudal mximo de aguas servidas.
Td = Tiempo de detencin mnimo.
El volumen til del pozo puede ser algo mayor al que el volumen til mnimo,
pero esto implica que para condiciones de ingreso de caudal mnimo de aguas al
pozo, podran haber problemas de septificacin por excesivo tiempo de permanencia
de las aguas en el pozo.
Por lo tanto, la otra condicin es que el volumen til del pozo debe ser tal que
no supere los 30 minutos de retencin34, cuando ingresa el caudal mnimo de aguas
servidas. De sta forma el tiempo de retencin mximo es:
TR.mx.= Vtil / Qmn. < 30 minutos.
Donde:
TRmx. =tiempo de retencin mximo.
Vtil = volumen til del pozo.
Qmn. = caudal mnimo de ingreso.
34Tchobanoglous, G. (1998, p.435)
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3.6. Determinacin de las presiones mximas y sobrepresin por golpe de
ariete.
Seleccionado el dimetro de la tubera de impulsin y la motobomba a
emplear se debe garantizar que las presiones mximas en el sistema sean menores
a las que puede soportar dicha tubera.
Cuando estn en normal funcionando los equipos de elevacin la presin
mxima en la tubera se produce inmediatamente despus de la bomba y es igual a
la carga producida por la columna de agua existente en el pozo en el instante en quese inicia el bombeo, ms la energa suministrada por la bomba, es decir:
Pmx= hinicio + Ebomba
Donde:
Pmx= Presin mxima en el interior de la tubera.
hinicio = Presin aportada por la columna de fluido en el interior del pozo,
medida desde el eje del rodete de la bomba, hasta el nivel ms alto de agua
en el pozo, que da inicio al bombeo.
Ebomba= Energa suministrada por la bomba al sistema, depende del modelo
de bomba que utilizaremos.
Un fenmeno que provoca grandes presiones es el llamado golpe de ariete,
trmino usado para describir un aumento momentneo de presin de corta duracin
al interior de las tuberas, ste fenmeno se genera por variaciones rpidas de
velocidad en la tubera de impulsin, dichas variaciones tienen origen en los
arranques de las bombas, en las paradas o fallos de suministro de energa y puede
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generar cambios significativos de presin, stas dos ltimas son las condiciones ms
severas de golpe de ariete.35
Al detenerse la bomba se activan automticamente las vlvulas de retencin,
es decir, estamos en el caso de un cierre instantneo.
La magnitud de la presin debida al golpe de ariete para un cambio
instantneo de velocidad puede obtenerse por la siguiente expresin36:
hw= (a V) / g
Donde:
hw= Incremento de presin originada por el golpe de ariete, m.
a = Celeridad de la onda de presin, m/s.
V = Velocidad del fluido en la tubera, m/s.
g = Aceleracin de gravedad, 9,8 m/s.
La celeridad de la onda de presin se puede calcular por la ecuacin 37:
a = 1440_________
(1 + C1( Kd / Ee ))1/2
Donde:
C1= Coef. segn tipo de instalacin, 1 2para tuberas enterradas.
= Mdulo de Poisson.
K = Mdulo de masa del agua, estimado en 2070 MN/m2.
d = Dimetro de la tubera.
E = Mdulo de elasticidad de la tubera, MN/m2.
e = espesor de la pared de la tubera.
35Tchobanoglous, G. (1998, p.432)
36Tchobanoglous, G. (1998, p.435)
37Tchobanoglous, G. (1998, p.434)
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Luego de vaciar el volumen til del pozo se detiene la bomba y se genera la
sobrepresin por golpe de ariete, en este momento la presin en la tubera se
acrecienta en una magnitud que podemos determinar por medio de las ecuaciones
anteriores (hw=Av/g), as la presin mxima en la tubera al momento de detenerse la
bomba es:
Pmx(hw) = Pmx+ hw
Donde:
Pmx (hw) = Presin mxima en la tubera, aumentada por efecto del
golpe de ariete.
Pmx = Presin mxima en el interior de la tubera, en condiciones de
normal funcionamiento.
hw = Incremento de presin originada por el golpe de ariete.
Tambin cuando se produce la obstruccin total de la tubera de impulsin se
pueden incrementar enormemente la presin, y el valor que adquiere es el que se
obtiene de la curva de operacin para caudal cero (caracterstica del modelo de
bomba).
Hay que recalcar que como requisito la tubera debe ser capaz de soportar 1,5
veces la presin mxima que se puede desarrollar en ella.
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CAPITULO IV: DESARROLLO DE LA INGENIERIA DE DETALLES PARA UNA
PLANTA DE Q=11,5 L/s y H=6,0 m. CON BOMBAS SUMERGIBLES.
4.1 ESTRUCTURA GENERAL DE LA PLANTA Y CONDICIONES DEL DISEO.
A continuacin se presenta la aplicacin de los criterios anteriores a un caso
especfico, indicndose en cada caso la metodologa y antecedentes utilizados.
4.1.1 Estructura general de la Planta.La estructura de la Planta ser de hormign armado, para todas las cmaras
que la componen, este material posee las caractersticas requeridas de resistencia,
soportar la corrosin, durabilidad, estanqueidad y capacidad de ser moldeado a
necesidad de la forma de la estructura, entre otras. (Ver Fig. N 4.1 y N 4.2)
Se pretende que la Planta Tipo posea cmaras de seccin cuadradas o
rectangulares, y sean adyacentes, es decir sea una Planta compacta, omitiendo la
posibilidad que utilice cmaras circulares independientes unidas por tuberas, que es
la opcin a la que se ha recurrido en las Obras ejecutadas en Valdivia para Plantas
de capacidades parecidas a la Planta Tipo.
Las ventajas y razones que han llevado a la conclusin de utilizar este tipo de
estructura son:
a) Se necesita de un terreno ms pequeo para emplazarla.
b) Para una P.E.A.S. compacta se reduce el riesgo de asentamientos
diferenciales,
c) El volumen total de excavacin es menor, ya que la superficie que cubre la
Planta es menor.
d) Al ser una Planta compacta el volumen total de hormign a utilizar es menor y
con ello tambin disminuye en un porcentaje la cantidad de enfierraduras.
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e) Se observ en terreno que las Plantas de cmaras circulares presentan
problemas en el atravieso de muros para la red de tuberas interiores, para
realizar esta labor se utilizan piezas especiales llamadas pasamuros, las
cuales poseen una longitud normalmente de 50 cm., por la curvatura de las
cmaras sta pieza queda estrechamente instalada, quedando las bridas casi
inmersas en el estuco, lo cual dificulta el ajuste de los pernos de la unin brida
que poseen.
f) Las cmaras circulares poseen una menor superficie interior que una cmaracuadrada con un lado igual al dimetro de las primeras, sumado a esto la
curvatura de los muros obliga a emplazar las bombas ms al centro de la
cmara, as el espacio interior queda notablemente reducido. Algo similar
sucede con la cmara de vlvulas y es por ello que en algunas obras se han
proyectado cmaras cuadradas para este compartimiento o se ha cambiado
las cmaras circulares proyectadas por cmaras cuadradas que brindan
mayor comodidad.
g) A criterio de los profesionales consultados que se dedican a la construccin de
este tipo de obras la confeccin de moldajes es una partida que es ms
compleja para las P.E.A.S. de cmaras circulares, a diferencia de las
cuadradas que poseen muros planos que es lo convencional. Tambin es ms
compleja la confeccin e instalacin de las enfierraduras para los muros y
losas curvos.
4.1.2 Profundidad del Colector.
La entrada a la Planta de la tubera correspondiente al colector interceptor se
realiza a travs de la cmara de rejas, se asumir a una profundidad de 3 metros
medidos desde la losa de la cmara de rejas (nivel 0,00 metros) hasta el radier de
entrada, o sea la base del tubo (Ver Fig. N 4.1, p.24). Se ha optado por utilizar esta
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profundidad ya que en las P.E.A.S. construidas en Valdivia la profundidad promedio
de ingreso de los colectores a estos elementos bordea el valor mencionado.
Figura N 4.1. Esquema de ingreso Colector Interceptor a la P.E.A.S.
4.1.3 Profundidad de la Tubera de Impulsin.
Por su parte, la tubera de impulsin va enterrada a una profundidad de 1,1
metros medidos desde el nivel de terreno natural hasta la clave del tubo, con la cual
se garantiza la proteccin de la tubera frente a eventuales cargas sobre el terreno 38.
En el caso de la Planta tipo a disear, esta tubera tiene una longitud de 200 metros y
descargar en una cmara de inspeccin.
La tubera de Impulsin ser de Polietileno de Alta Densidad (PEAD), que es
el material ms utilizado ltimamente, por presentar buenas caractersticas en cuanto
a resistencia, flexibilidad, resistencia qumica, vida til, resistencia a la abrasin, bajo
peso e instalacin. Para la unin de los tubos se elige el sistema que presenta mayor
confiabilidad y resistencia, que es el de termofusin por soldadura a tope.
38LOPEZ, R., (2002 p.127)
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4.1.4 Esquema general de la red interior de la P.E.A.S.
En la red interior es necesario usar un material rgido, ya que en este caso las
tuberas no van enterradas. Por ser ste un sistema a presin, las uniones entre
piezas especiales sern del tipo brida, con ellas se aportar rigidez, y en caso de ser
necesario cambiar alguna, permite desmontar e instalar la pieza nueva en forma
cmoda, rpida y segura.
La red interior de tuberas y piezas especiales contar con los elementos
necesarios para realizar los cambios de direccin y adaptacin, cada bomba llevaruna descarga compuesta por un codo patn, una ampliacin, tubos de varios largos,
un codo de 90, una vlvula de retencin, una junta desmontable autobloqueante y
una vlvula de corte, para luego unirse al mltiple de descarga y salir de la
estructura. Dichos elementos sern de fierro fundido y hierro dctil, stos materiales
renen las mejores caractersticas, por su vida til, variedad de presiones, resisten la
corrosin y pueden soportar la abrasin que se producir por la presencia de arenas,
adems de su disponibilidad en el mercado y costo. Su disposicin es como se
muestra en las siguientes figuras:
Figura N 4.2. Esquema en Planta de la P.E.A.S.
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Figura N 4.3. Esquema en Elevacin de la P.E.A.S.
4.2 DISEO DE INGENIERIA BASICA.
4.2.1 Caudales.
Se requiere conocer los distintos caudales que tipifican la accin de proyectar;
dichos caudales son el caudal mximo, caudal medio y el caudal mnimo de aguas
servidas. Los valores considerados son39:
a) Caudal Medio de Aguas Servidas: Qmd.A.S.= 3,16 L/s.
b) Caudal Mximo de Aguas Servidas: Qmx.A.S.= 11,5 L/s.
c) Caudal Mnimo de Aguas Servidas: Qmn.A.S.= 1,90 L/s.
4.2.2 Cotas y niveles preliminares de la P.E.A.S.
Las cotas que podemos definir en primera instancia son las de la Cmara de
Rejas y Cmara Desarenadora, ya que en sta etapa todava no se han
seleccionado los equipos de elevacin, ni se ha determinado el volumen del pozo.Las dimensiones interiores de las Cmara de Rejas y Desarenadora sern de 2
39Calculados para condiciones propuestas en Anexo N2.
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metros de ancho por 2 metros de largo, en su interior las cmaras llevarn un estuco
de aproximadamente 2 centmetros.
La cota de entrada a la Planta Elevadora es la que posee el colector
interceptor y corresponde a -3,0 metros en su radier de entrada (Ver figura N4.4,
pg. 28)
Luego, en su interior, las aguas servidas avanzan a travs del canal de la
Cmara de Rejas, ste canal posee una seccin en forma de U y una pendiente de
2%
40
, la cual asegura el arrastre de las arenas que ingresan a la red dealcantarillado.
La Cmara Desarenadora posee entonces una cota de ingreso de -3,04
metros y su salida e ingreso al Pozo de Bombas se ubica dos centmetros ms bajo,
de este modo cuando no ingresa agua a la P.E.A.S. se mantiene el radier de la
Cmara de Rejas libre de agua y se contiene en los sectores diseados para ello, as
el ingreso del agua al pozo es a travs de un radier de cota -3,06 metros.
Otra caracterstica de ste compartimiento es que posee un volumen de
acumulacin para las arenas y otros slidos que estn presentes en las aguas
servidas y que se capturan aqu para proteger los equipos de bombeo. Dicho
volumen se mantiene en un valor casi similar en todos los proyectos consultados,
depende de la cantidad de arena que arrastren las aguas servidas, la cual vara
dependiendo de factores como la estacin del ao, la zona a la cual sirve y la
antigedad de los colectores, por ejemplo. De esta forma, ms que determinar un
volumen apropiado que pueda satisfacer todas las condiciones es adecuado
programar los perodos de limpieza de acuerdo, principalmente, a las estaciones del
ao, siendo as, en estaciones lluviosas se realizar esta labor con mayor frecuencia
debido a la infiltracin de caudales de aguas lluvia al sistema.
40Calculada segn Anexo N3.
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De acuerdo a la experiencia de AGUASDECIMA en Valdivia el volumen que
utilizaremos ser de 1,5 m3 y sus sedimentos debern ser retirados cada 3 meses
como mnimo.
En el interior del Pozo de Bombas los niveles de partida y parada de la bomba
dependern del tamao del volumen til necesario, por lo que an no los podemos
definir, por otra parte la cota a la cual debemos llegar con la tubera de impulsin es
una cmara de inspeccin con cota de radier de entrada igual a +1,63 metros. Las
cotas mencionadas anteriormente se grafican en la siguiente figura:
Figura N4.4. Elevacin y Cotas de la P.E.A.S.
4.2.3 Seleccin del dimetro de la Tubera de Impulsin.
La seleccin del dimetro debe ser conforme a la velocidad que se genere en
el interior de la tubera y el valor de la prdida por rozamiento. Los datos que
debemos tener para comenzar el dimensionamiento son: el caudal mximo de aguas
servidas, el largo de la tubera y el material. De acuerdo al material se obtienen el
coeficiente de rugosidad y los dimetros comerciales disponibles.
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Los valores de los datos necesarios para comenzar con los clculos relativos
al dimensionamiento de la tubera de impulsin, de acuerdo a las condiciones del
diseo, son:
1) El caudal mximo de aguas servidas (Qmx.A.S.) es de 0,0115 m3/s,
aplicando un resguardo de un 10%41el caudal de diseo (Qdiseo) es igual
a 0,0127 m3/s.
2) Largo de la tubera (L) = 200 m.
3) Material a de las tuberas = PEAD.4) Coeficiente de Rugosidad (C) = 150.
5) Presin Nominal, PN = 20 kg./cm2.
De un anlisis preliminar se desprende que la mxima presin en la tubera de
impulsin no sobrepasar la presin nominal de una tubera PN 20 kg/cm2.
Para determinar cul dimetro de tubera cumple con las condiciones de
velocidad se recomienda hacer una tabla con un rango de dimetros adecuados,
como la siguiente:
Tabla N 4.1. Dimensionamiento tubera de impulsin.
DN mm. Q m3/s. L m. e mm. D mm. V m/s.h
f
110 0,0127 200 12,3 85,4 2,21 9,938
125 0,0127 200 14 97 1,71 5,345
140 0,0127 200 15,7 108,6 1,37 3,083
160 0,0127 200 17,9 124,2 1,04 1,604
180 0,0127 200 20,1 139,8 0,82 0,901
200 0,0127 200 22,4 155,2 0,67 0,542
Con:
V = _Q_ y hf =_10,7 Q1,85_LA C1,85 D4,87
41De acuerdo al punto 3.2. Caudal de Diseo de la P.E.A.S., Cp. III.
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Donde:
Q = caudal de diseo, 0,0127 m3/s.A = rea interior de la seccin de tubera.
L = longitud de la tubera de Impulsin, 200 metros.
DN = dimetro nominal de la tubera.
D = dimetro interior de la tubera.
C = Coeficiente de Rugosidad de la tubera, 150 para PEAD.
V = velocidad del fluido en el interior de la tubera.
e = espesor de la pared de la tubera.
hf= prdida total por rozamiento en la tubera, para el largo utilizado.
La seleccin del dimetro es de acuerdo a la velocidad mnima para asegurar
el arrastre de los sedimentos y mxima para controlar el golpe de ariete. La velocidad
mnima para arrastre de las arenas es 1,1 m/s. La velocidad mxima en la tubera es
de 1,5 m/s, para evitar que sea demasiado grande la sobrepresin por golpe de
ariete.
Entonces, de la Tabla N4.1 (p.29), el dimetro que cumple con estas
condiciones es el de 160 milmetros, cuya velocidad en el interior se estima
inicialmente en 1,04 m/s, pero como veremos en el anlisis posterior a la seleccin
de la bomba si supera la velocidad mnima.
4.2.4 Dimensionamiento del Pozo de Bombeo.42
Considerando que el volumen til del pozo con el caudal mximo de ingreso
debe asegurar un tiempo de detencin de la bomba de 5 minutos, el cual
corresponde al tiempo de llenado del volumen til (Volumen comprendido entre los
niveles de inicio y parada del bombeo), entonces, ya que el caudal mximo de
42Segn Tablas SERVIU, Valdivia.
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ingreso de aguas servidas es de 11,5 L/s, el volumen til del pozo debe ser de al
menos 3,45 m3 ( Vtil mn.= Qmx.x Td).
Ahora, este volumen debe comprobarse tambin para el caso del caudal
mnimo, en el cual el tiempo entre partidas de la bomba no debe superar los 30
minutos, para evitar la septificacin.
Con el volumen anterior y el caudal mnimo, que es de 1,90 L/s, se tiene que
el tiempo de retencin mximo (TR.mx. = Vtil / Qmn.) en el pozo ser de 30,26
minutos, muy cercano a los 30 minutos que se establece como mximo, por lo tantose mantiene dicho volumen.
De acuerdo a las condiciones de diseo el pozo tendr una seccin
rectangular interior de 2,0 x 2,2 m. para la obra gruesa y se utilizar un estuco interior
de 2 cm. de espesor en los muros, entonces la seccin real interior libre del pozo es
de 1,96 x 2,16 metros. As la diferencia de altura entre los niveles de inicio y parada
ser de 81,5 cm., que aproximaremos a 81 cm.
Para dar solucin al problema que se presenta en el caso fortuito en que el
sistema de elevacin se vea sobrepasado por el caudal que ingresa a la Planta, se
utiliza un sistema de rebalse, que tiene la funcin de evacuar el exceso de agua que
ingresa a la instalacin.Este sistema consiste en un colector que sale desde el Pozo
de Bombas con una cota superior a la que da inicio al bombeo e inferior a la cota de
entrada al pozo desde el desarenador, descarga en una zona especfica evitando
que las aguas alcancen niveles tales que puedan ingresar y contaminar las
viviendas.
El volumen que comprende entre el nivel de inicio del bombeo y el nivel de
rebalse corresponde a un volumen de resguardo antes que el agua alcance el nivel
de rebalse y salga del pozo de bombeo por el Colector. De acuerdo a proyectos
revisados se utilizar un 50% del volumen til, por lo tanto, el nivel de rebalse se
ubicar aproximadamente a 40 cm. sobre el nivel de inicio del bombeo.
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Se mantendr una diferencia de altura de 10 cm. entre el nivel de entrada del
agua al pozo y el nivel de rebalse.
Fig. N 4.5. Pozo de Bombas.
4.2.5 Seleccin de la Bomba.
Con el caudal de diseo y la altura manomtrica mxima del sistema, que se
debe vencer, se selecciona la bomba.
Como ya tenemos el valor del caudal de diseo que es de 0,0127 m 3/s, nos
queda calcular la altura manomtrica total, la que se obtiene como se indica en el
Captulo III. El detalle de las alturas que forman la altura manomtrica total (Ht)
utilizando un dimetro de 160 mm. son:
1)Altura Geomtrica Total (Hgeom):
Se debe determinar la altura geomtrica mxima total del sistema la cual
ocurre cuando el agua alcanza su nivel ms bajo en el Pozo, dicha altura
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corresponde a la diferencia de cotas entre nivel ms bajo, que corresponde al nivel
de parada del bombeo y el nivel a la descarga de la tubera de impulsin. Segn las
condiciones del diseo la altura geomtrica mxima (Hgeom. mx.) es de 6,0 metros.
Figura N 4.6. Niveles y alturas para diseo de la P.E.A.S.
2) Prdida por Rozamiento(hf):
Como en este caso no existe tubera de aspiracin, por utilizar bombas
sumergibles, se debe determinar la prdida por rozamiento en la zona de descarga
de la bomba que se ubica dentro de la Planta y en la tubera de impulsin.
Para la tubera de impulsin el dimetro seleccionado es de 160 mm., de la
Tabla N 4.1 (p.29), para dicho dimetro, la prdida de carga es de 1,604 m.c.a.
Adems de la tubera de impulsin que es de polietileno de alta densidad
(PEAD), existe un pequeo tramo de la red interior, el cual ser de Fierro fundido.
(Ver Fig. N4.2, p.25 y Fig. N4.3, p.26).
Tambin se debe agregar la prdida por rozamiento que se genera en estetramo, que corresponde a 0,122 m., obtenida a travs de la frmula de Hazen-
Williams, utilizando piezas de fierro fundido con un dimetro nominal de 125 mm.,
cuyo dimetro interior corresponde al mismo valor y se asemeja al dimetro interior
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de la tubera de PEAD PN-20 de 160 mm., la que posee un dimetro interior de 124,2
mm.
Recordando la frmula de Hazen-Williams, la prdida por rozamiento en el
tramo de fierro fundido de 0,122 m. de la red interior de le Planta la obtenemos con:
hf =_10,7 Q1,85_ LC1,85 D4,87
Donde:1) Caudal de diseo (Q) = 0,0127 m3/s.
2) Largo de la tubera (L) = 7,4 m.
3) Coeficiente de Rugosidad (C) = 100.
4) Dimetro Interior (D) = 125 mm.
5) hf.= Prdida de carga por rozamiento.
El total de las prdidas por rozamiento sumando la que se produce en la
tubera de PEAD y la del tramo de Fierro Fundido es de 1,726 metros.
3)Altura de Velocidad (hv):
La altura de velocidad que se obtiene es de 0,056 m. (hv=V2/2g), ste valor se
logra por la velocidad que se indica en la Tabla N 4.1 (p.29) para el dimetro de 160
mm., cuyo valor corresponde a 1,04 m/s y a una aceleracin de gravedad de 9,8
m/s2.
4) Prdidas Singulares (hm):
Ya que no hay tubera de aspiracin, al igual que en la prdidas por
rozamiento se analizan las prdidas singulares ubicadas posteriores a bomba, de
acuerdo a la informacin suministrada por los proveedores de los modelos de
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bombas consultados en el H mostrado en la curva de la bomba estn descontadas
las prdidas de entrada.
Las piezas especiales presentes en la red se pueden observar en las Fig. N
4.2 (p.25) y Fig. N4.3 (p.26), el detalle de las prdidas debido a singularidades
generado por cada pieza especial presente en la tubera de descarga se muestra en
la siguiente tabla:
Tabla N 4.2. Detalle de Prdidas Singulares.
43
Pieza Material Q (m3/s) D (mm) K V (m/s) Cantidad hm (m)
ampliacin Fe. Fdo. 0,0127 125 0,14 1,03 2 0,015
codo 90 Fe. Fdo. 0,0127 125 0,3 1,03 6 0,097
vl-ret. Fe. Fdo. 0,0127 125 2,5 1,03 1 0,135
vl-corte. Fe. Fdo. 0,0127 125 0,14 1,03 1 0,008
reduccin PEAD 0,0127 160x140 0,04 1,03 1 0,002
descarga Fe. Fdo. 0,0127 125 0,83 1,03 1 0,045
Se ha considerado que en la descarga se utilizar una pieza de fierro fundido
para empalmar la tubera de impulsin con la cmara de Inspeccin.
Con:
V = _Q_ y hm= K V2A 2g
Donde:
Q = caudal de diseo.
D = dimetro interior de la tubera.
A = rea interior de la seccin de tubera.
K = coeficiente de prdida de carga.
V = velocidad en el interior de la tubera.
43Valores deK obtenidos de Anexo N5.
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g = aceleracin de gravedad.
hm= Prdida de carga singulares.
La suma de las prdidas debido a las singularidades nos arroja hm= 0,302 m.
Sumando los resultados de los detalles de la altura manomtrica total se
obtiene como resultado Ht = 8,084 m., es con este valor que se debe elegir en
primera instancia el modelo de bomba que se necesita.Se han elegido bombas sumergidas marca FLYGT modelo CP por el sistema
de instalacin que poseen, el cual permite su fcil extraccin del pozo para realizar
labores de mantencin, la disponibilidad de modelos variados que satisfacen los
puntos de operacin que requiere el sistema, la disponibilidad de servicio tcnico en
gran parte del pas, y la experiencia de AGUASDECIMA con estos modelos en
particular.
Con el caudal y la altura manomtrica total se ha seleccionado la bomba
marca FLYGT modelo CP 3102,181 MT de 400V, de 50Hz y de 1435rpm. (Curva N
435) que satisface la altura requerida de 8,084 metros para el caudal de diseo de
12,7 L/s y adems es apta para trabajar con aguas servidas.
La curva caudal v/s altura de sta bomba se puede observar en la Figura
N4.7 (p.37).
Ahora debemos determinar el punto de operacin de la bomba para las
condiciones propuestas, esto se realiza graficando la Curva de la bomba y la Curva
correspondiente al sistema, la interseccin de ambas ser el punto de operacin de
la bomba cuando Ht es mxima.
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Fig. N4.7. Punto de operacin para la bomba FLYGT CP 3102,181 MT curva 435,
para Hg mxima con un dimetro de Impulsin de 160 mm.
Fuente: FLYGT CHILE, (2005) y elaboracin propia.
Luego para el punto de operacin se debe obtener el caudal que eleva la
bomba y ratificar que la velocidad en la tubera para dicho caudal sea menor a la
mxima recomendada. Si la velocidad es superior se debe cambiar el dimetro por
otro mayor para disminuir su valor.
De la Figura N 4.7 se obtiene un caudal de operacin de 0,0144 m3/s, y con l
una velocidad de 1,189 m/s (V=Q/A) para la tubera de 160 mm., la cual es suficiente
para arrastrar los slidos que se depositan en la tubera, e inferior a la mxima
recomendada para controlar el golpe de ariete.
Hay que considerar que cuando se inicie el bombeo el nivel de agua dentro
del pozo es mximo y por lo tanto, la altura geomtrica de elevacin es mnima, as
entonces, se produce un aumento del caudal bombeado, para el cual se debe
ratificar que la velocidad sea tambin inferior a la mxima recomendada. Como la
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altura mxima en el Pozo llega a 0,81 metros sobre el nivel de parada, la altura
geomtrica mnima del sistema (Hg.mn.) es 5,19 m.
Fig. 4.8. Curvas de operacin para la bomba FLYGT CP 3102,181 MT curva 435,
para Hg mnima, con un dimetro de Impulsin de 160 mm.
Fuente: FLYGT CHILE, (2005) y elaboracin propia.
La interseccin de la curva del sistema para H t.mn. y la curva de la bomba (Fig.
4.8.) nos arroja un caudal de operacin de 0,0159 m3/s, y con ello una velocidad de
1,312 m/s en la tubera, la cual es menor a la mxima recomendada, lo que nos
indica que este dimetro es el adecuado para la Impulsin.
4.2.6 Presiones en la Tubera de Impulsin.
Una vez elegida la bomba, determinada la altura manomtrica mxima y los
niveles de inicio del bombeo se debe ratificar que la presin de trabajo para la tubera
de impulsin sea la correcta.
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La presin de trabajo mxima en la tubera, utilizando un dimetro de 160mm
para el tramo de PEAD y 125mm para el tramo de fierro fundido, se produce
posteriormente a la bomba, en la tubera de descarga (tramo de fierro fundido), y es
de 13,21 m.c.a., lo que equivale a 1,321 Kg/cm2, con:
Pmx= hinicio + Ebomba
Donde:Pmx= Presin mxima en el interior de la tubera.
hinicio= 0,81 m.c.a., que corresponde a la columna de agua en el interior del
pozo al momento de comenzar el bombeo.
Ebomba= 12,4 m.c.a., energa suministrada por la bomba, obtenida de la curva
de operacin de la Bomba Fig. N4.7, p.37, cuando la altura geomtrica es
mxima.
Ahora debemos analizar la sobrepresin generada por el golpe de ariete, dado
que tenemos dos tramos de tuberas con distinta materialidad analizaremos su efecto
para ambos casos. Primero para el tramo de tubera de PEAD la sobrepresin
generada por el golpe de ariete posee un valor de 65,381 m.c.a., que equivale
aproximadamente a 6,538 kg/cm2, obtenida con la siguiente ecuacin44:
hw (mx.)= (a V) / g
Donde:
hw (mx.)= Presin mxima originada por el golpe de ariete, m.
a = Celeridad de la onda de presin, m/s.
44Tchobanoglous, G. (1998, p.435)
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V = Velocidad del fluido en la tubera, 1,312 m/s (ver p.38).
g = Aceleracin de gravedad, 9,8 m/s.
La celeridad de la onda de presin es de 488,364 m/s, calculada con45:
a = 1440_________
(1 + C1( Kd / Ee ))1/2
Donde los parmetros y sus valores para la tubera de polietileno de alta
densidad de 160 milmetros de dimetro son:
C1 = Coef. segn tipo de instalacin, 1 2 para tuberas con
movimiento axial impedido, ejemplo tuberas enterradas.
= Mdulo de Poisson, 0,5 para Polietileno de alta densidad (PEAD).
K = Mdulo de masa del agua, estimado en 2070 MN/m2.
d = Dimetro de la tubera, 124,2 milmetros.
E = Mdulo de elasticidad de la tubera, 1400 MN/m2.
e = espesor de la pared de la tubera, 17,9 milmetros.
Sumando la presin mxima en la tubera y la sobrepresin generada por el
golpe de ariete (Pmx.total= Pmx. + hw), obtenemos una presin mxima total en la
tubera de impulsin igual a 78,591 m.c.a, lo que equivale aproximadamente a 7,859
kg/cm2, con lo cual se confirma que la tubera de PEAD de PN 20 kg/cm 2elegida en
forma inicial es la correcta.
Ahora, analizando el tramo de tubera de fierro fundido de 125mm. de
dimetro en el interior de Planta obtenemos una sobrepresin por golpe de ariete de
45Tchobanoglous, G. (1998, p.434)
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170,923 m.c.a lo que corresponde aproximadamente a 17,092 kg/cm2, obtenida con
la frmula de hw (mx) (pg.40) con:
a = Celeridad de la onda de presin de 1292,826, m/s.
V = Velocidad del fluido en la tubera igual a 1,295 m/s, obtenida con el caudal
de 0,0159 m3/s y dimetro interior de la tubera de Fierro Fundido de 125mm
(V=Q/A).
g = Aceleracin de gravedad, 9,8 m/s.
La celerida de la onda ade 1292,826 m/s fue obtenida con los siguientes datos:
C1= 0,91 con (1 2).
= Mdulo de Poisson, 0,3para fierro fundido.
K = Mdulo de masa del agua, estimado en 2070 MN/m2.
d = Dimetro de la tubera, 125 milmetros.
E = Mdulo de elasticidad de la tubera de fe. Fdo., 103000 MN/m2.
e = espesor pared de la tubera, 9,5 milmetros.
Entonces, la presin mxima total incluida la sobrepresin generada por golpe
de ariete (Pmx.total = Pmx. + hw), en la tubera de fierro fundido de 125mm. es de
18,413 kg/cm2, as tambin se confirma que la tubera de PN 20 Kg/cm2 es la
adecuada.
Finalmente, analizando el sistema para caudal igual a cero L/s, como en el
caso de producirse una obstruccin total del flujo de agua en la entrada de la cmara
en la que descarga la tubera de impulsin, la presin generada por la bomba
seleccionada modelo CP 3102,181 MT curva N 435 es 12,43 metros46, equivalente a
46De acuerdo nivel mximo del Pozo y planos del modelo de bomba CP 3102.181 MT, Anexo N5.
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1,243 kg/cm2(Ver Fig. N4.7, p.37), lo que nos confirma que de sta forma tampoco
tenemos inconvenientes con la tubera de PN 10 Kg./cm2.
En resumen la tubera de Impulsin es de PEAD PE100 de 140 milmetros de
dimetro y PN 16 Kg/cm2, la bomba que utilizar la Planta Tipo es el modelo CP
3102,181MT de 400V, 50Hz y 1435 rpm., de la curva N 435 con caudales de
operacin mximos y mnimos de 15,9 L/s y 14,4 L/s, respectivamente (Ver p.38 y
p.39), el Pozo tendr un volumen til de 3,45 m
3
con una diferencia entre niveles departida y parada mximo de 81 centmetros, pudiendo variar la seccin en un
pequeo rango sin provocar una diferencia mayor entre niveles que la ya
mencionada.
4.3 INGENIERIA DE DETALLE.
La Planta est compuesta por una nica estructura de hormign armado que
se divide en 4 compartimientos, en sentido del flujo de agua el orden que poseen es
el siguiente: primero la Cmara de Rejas, luego la Cmara Desarenadora, a
continuacin el Pozo de Bombeo y por ltimo la Cmara de Vlvulas. Toda la
estructura queda bajo tierra hasta el nivel de la losa superior, quedando expuesta
slo esta ltima y las tapas.
Las Cmaras de Reja y Desarenadora sern de seccin cuadrada de 2 metros
libres en su interior, para la obra gruesa. El Pozo de Bombeo y la Cmara de
Vlvulas tendrn una seccin rectangular de ancho interior 2m. y largo 2,2 m., ya que
poseen ms elementos en su interior. Todos los compartimientos llevarn un estuco
interior de 2 centmetros de espesor con un mortero de 510 Kg. de cem./m3que va
en toda la superficie de los muros.
Las enfierraduras de la Planta dependen de las cargas que soportarn los
elementos estructurales, las cuales son caractersticas del suelo y con ello de la
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ubicacin de la Planta. Para el diseo de losa superior y las vigas presentes a ese
nivel se consider que las cargas que actuarn en estos elementos son el peso
propio y una sobrecarga que supone slo el trnsito de personas (ver Anexo N7,
M.1. Memoria de clculo de losas de la P.E.A.S. p.124, y M.2. Memoria de clculo de
viga bajo losa de P.E.A.S. p.129). En el diseo de los muros,y vigas interiores unidas
a los muros se consider el efecto del empuje de tierra, el empuje producido por la
presencia de la napa de agua (con una profundidad de 50cm.), el empuje producto
de una sobrecarga en el nivel de terreno natural y la presin ssmica, de acuerdo a laNch.433 of 1996 (ver Anexo N7, M.3. Memoria de clculo de muros de P.E.A.S.
sometidos a empuje de tierra. p.134 y M.4. Memoria de clculo de vigas interiores
unidas a muros de la P.E.A.S. p.139). En cuanto a la losa de fundacin se utiliz para
su diseo el efecto del peso propio de la estructura, el actuar de las cargas debido a
los equipos de P.E.A.S. y el efecto de la sobrecarga por el trnsito de personas en
los niveles superiores (ver Anexo N7, M.5. Memoria de clculo losa de fundacin de
la P.E.A.S. p.145). Tambin se analiz la posibilidad de que la estructura flote, al
existir una napa fretica a una profundidad de 50cm., considerando los pesos del
volumen de agua desplazado y la suma de los pesos de los elementos que
componen la P.E.A.S., ms el peso del volumen de tierra que se ubica en los
sobreanchos de la losa de fundacin (ver Anexo N7, M.6. Memoria de clculo
verificacin de la flotabilidad, p.151).
Para complementar esta seccin se puede revisar el Anexo N 6 y Anexos
N7, Memorias de clculo de la estructura de la P.E.A.S. donde se muestran las
consideraciones necesarias para obtener los valores de las cuantas de fierro de
acuerdo a las condiciones de diseo asumidas para la Planta Tipo.
La composicin general de la Planta Elevadora Tipo se muestra a
continuacin en los detalle de Planta (Detalle N 4.1 y 4.2) y Elevacin (Detalles N
4.3 y 4.4), con cotas de acuerdo a la obra terminada, es decir, incluido el estuco
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interior de 2 centmetros. Las elevaciones se mostrarn con mayor refinamiento en
los ttulos dedicados a cada cmara de la Planta.
La Numeracin de las piezas especiales que se utilizan en P.E.A.S. para los
Detalles que se mostrarn en este documento ser la siguiente:
1. Vlvula de Compuerta Mural con husillo manual modelo Cfvm-004-d, de
acero inoxidable marca ESTRUAGUA.
2. Motobomba Sumergible Marca FLYGT, Modelo CP 3102,181 MT.3. Codo Patn Brida DN=100 mm. (Suministrado por el proveedor de la Bomba).
4. Reduccin Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125x100 mm.
5. Tubo Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125 mm. L=100 cm.
6. Tubo Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125 mm. L=90 cm.
7. Codo Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125 mm. L=100 cm.
8. Tubo Pasamuro Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125 mm. L=50 cm.
9. Vlvula de Retencin Tipo Bola de Hierro Dctil DN=125 mm.
10. Tubo Fe. Fdo. Brida-Gibault DN=100 mm. L=60 cm.
11. Tubo Fe. Fdo. Brida-Brida DN=100 mm. L=40 cm.
12. Unin Desmontable Autobloqueante de Hierro Dctil DN=125 mm.
13. Unin Desmontable Autobloqueante de Hierro Dctil DN=100 mm.
14. Vlvula de Compuerta Elastomrica de Hierro Dctil DN=125 mm.
15. Vlvula de Compuerta Elastomrica de Hierro Dctil DN=100 mm.
16. Mltiple de Descarga Fe. Fdo. DN=125 mm.
17. Tubo Pasamuro Fe. Fdo. Brida-Brida DN=125 mm. L=60 cm.
18. Brida Tapn de Fierro Fundido DN=125 mm.
19. Stub-end con flange de Respaldo de PEAD DN=140x125 mm.
20. Reduccin de PEAD DN= 140x160mm.
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4.3.1. Cmara de rejas.
Para complementar los detalles de la estructura de hormign armado
mencionada anteriormente se pueden sealar otros componentes no estructurales de
la Cmara de Rejas como la bancada, sta forma un canal que conduce el agua
residual hacia la reja. Visto en un corte transversal, el canal posee un ancho de 40
centmetros y la forma de una U, luego seeleva hacia los muros con una pendiente
de 20% hasta llegar a ellos, la pendiente del canal en sentido del flujo de agua es de
2 %, la cual permite el arrastre de los slidos.
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La bancada es ms alta en un costado del canal en comparacin con el otro,
esto se debe a que la reja que se instala aqu est compuesta a su vez por dos tipos
de rejas, una inclinada que se ubica dentro del canal (Detalle N 4.14) y otra vertical
que se ubica en el costado de menor altura (Detalle N 4.15). Observando la bancada
hacia el sentido del escurrimiento de las aguas, es la mitad a la derecha la que posee
una altura mayor y por la izquierda entonces se ubica la reja lateral. El hormign que
se requiere para la elaboracin de la bancada es de grado H-15.
La utilizacin de la Reja Lateral permite que el sistema siga funcionando frente
a la posibilidad de obturarse el paso a travs de la reja principal, y as se evita la
acumulacin de agua dentro de la cmara.
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En la entrada a la Planta, es decir, en la pared de ingreso de la Cmara de
Rejas se sita una vlvula de compuerta mural (1), la que evita el ingreso del agua
residual a la Planta Elevadora cuando as se desea. La vlvula es la Compuerta de
Fondo con Husillo Manual modelo Cfvm-004-d, de acero inoxidable marca
ESTRUAGUA, es plana y debe ser colocada sobre una superficie igual, va anclada al
muro de la cmara por medio de pernos de expansin de dimetro 3/8 y empotrada
en su parte inferior a la bancada, adems posee un vstago alargable para ser
manipulada desde el exterior.
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Como se puede ver en el detalle anterior la bancada de la Cmara de Rejas
es ms ancha en el sector en que se ubica la Compuerta Mural, pero luego sta
dimensin disminuye formando un embudo para llegar a los 40 cm. de ancho a la
altura en que se ubica la Reja Frontal. La Compuerta Mural es suministrada con otros
elementos como guas para mantener la rectitud del vstago (Detalle N 4.12) y una
placa de anclaje para su acople a la superficie (Detalle N4.11), donde se instala una
Caja Guarda Llave con picaporte marca TALMET modelo T-1991 (Detalle N 4.10)
para evitar que sea manipulada por alguien ajeno al recinto.
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Los elementos mostrados en el detalle anterior, salvo la Caja Guarda Llaveson
suministrados con la Compuerta Mural.
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La salida del agua de la Cmara Rejas es a travs de la perforacin existente
en el muro que separa este compartimiento con la Cmara Desarenadora, la cual
posee la misma forma del canal y su cota de radier se sita 4 centmetros ms bajo
que la cota de entrada del Colector Interceptor.
En este caso se recomienda dejar un vano rectangular de las dimensiones que
se muestran en Detalle N 4.13 al momento de hormigonar la estructura de obra
gruesa y luego hacer la terminacin con un hormign similar al de la bancada para
mantener la seccin del canal de la cmara.A travs del muro el vano posee una pequea pendiente hacia el sentido en
que debe circular el agua residual.
La Reja Frontal Inclinada es de fierro galvanizado y se confeccionan con
pletinas de 50x5 milmetros de 90 cm. de longitud, las que van soldadas a un perfilL de 50x50x5 milmetros. de 40 centmetros de longitud, que es parte del marco de
la bandeja de estruje (Detalle N 4.14), por el otro extremo va empotrada en la
bancada de la cmara. Las pletinas conforman una reja con paso libre de 20
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milmetros entre barras con una inclinacin aproximada de 60. En el extremo que va
empotrado al hormign las pletinas posee fierros de 6 mm. de dimetro que actan
como anclaje.
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La Reja Lateral posee un espacio libre entre barras de 44 milmetros, esta reja
esta compuesta por fierros redondos lisos de 16 milmetros de dimetro, los que van
soldados a un perfil ngulo de 50x50x5 milmetros, el que a su vez va soldado a un
costado de la Bandeja de Estruje, el largo total de la reja lateral es de 65 centmetros.
La Reja Lateral tambin debe ser galvanizada y va anclada al hormign de la
bancada, la profundidad del anclaje es de 8 centmetros. Como se ha mostrado en
los detalles esta reja no es inclinada como la reja frontal.
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La bandeja de estruje es el elemento horizontal que se sita sobre las Rejas,
est compuesta por una plancha de acero de 6 milmetros con perforaciones de 5/8
de dimetro (Detalle N 4.17). Esta placa est sujeta por un marco de acero
compuesto por perfiles de 50x50x5 milmetros, las dimensiones exteriores de este
marco son de 40 centmetros de ancho por 50 de largo. El marco de la bandeja
posee anclajes por la parte posterior, hacia el muro de la cmara y en el costado
contrario a la reja lateral. La plancha que sostiene este marco debe tener una holgura
de 5 milmetros con respecto al interior del marco, para evitar que se apriete alsacarla, para levantar la plancha se dispone de dos asas que van unidas a ella
(Detalle N 4.18).
La funcin de la bandeja de estruje es actuar como elemento de acumulacin
temporal de los slidos que son depositados por el personal a cargo de la Planta,
tambin acta como colador permitiendo extraer el agua presente en los slidos
atrapados por la reja, hasta sacarlos del interior de la cmara.
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El acceso a esta Cmara es a travs de la Cmara Desarenadora por medio
de una escalera que desciende hasta un nivel intermedio sobre el nivel mximo del
agua en su interior, aqu se ubica una pequea losa que posee dos barandas de
seguridad una hacia la Cmara de Rejas (Detalle N 4.19) y otra hacia la Cmara
Desarenadora.
Las barandas evitan las posibles cadas de los operarios hacia las zonas de
riesgos como las bombas o zonas que poseen niveles ms bajos, para permitir el
paso a las zonas potencialmente peligrosas se dejan vanos que son cubiertos por
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cadenas que van soldadas en uno de sus extremos a los ganchos que poseen las
barandas.
La baranda que pertenece a la cmara de rejas se muestra en el detalle
siguiente.
El anclaje de la baranda es un plancha de 10x10 cm. con cuatro pernos de
expansin sobre la losa interior de la Planta, para reforzar la baranda se emplea
tambin un anclaje superior que va sujeto al muro de la cmara.
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4.3.2. Cmara Desarenadora.
Esta es la cmara ms sencilla de la Planta, no posee gran variedad de
elementos adicionales a la estructura, slo posee una bancada, baranda de
seguridad y elementos de acceso, como la tapa y escaleras.
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La bancada de la Cmara Desarenadora est presente en todo el permetro inferior
de la estructura, posee una pendiente de 150% hacia el centro de la cmara y una
altura de 50 centmetros, medidos desde el radier, al igual que la Cmara de Rejas el
hormign es de grado H-15.
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La entrada del agua a la Cmara Desarenadora es el mismo orificio que
atraviesa desde la Cmara de Rejas que se vio anteriormente (Detalle N4.13), pero
como esta cmara posee una profundidad mayor no est en contacto con la bancada
y se ubica a una distancia de 55.5 centmetros del radier de la Cmara
Desarenadora. La perforacin por donde pasa el agua residual al pozo de bombeo es
similar a la de entrada de la Cmara Desarenadora, pero posee una cota menor, la
salida est ubicada dos centmetros ms bajo que la entrada.
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Los elementos de acceso de la Cmara Desarenadora son una tapa y dos
escaleras, una que llega al nivel de la losa interior de la Cmara y otra que llega
desde este nivel hasta el fondo de la cmara.
La tapa se ubica en la losa superior de la cmara (Detalle N 4.2), esta tapa es
circular clase 400 marca TALMET modelo T-400CAP, de fierro fundido,
antideslizante, articulada y con picaporte de seguridad. Adems esta tapa posee
otras caractersticas como un sistema de bloqueo que impide el cierre involuntario,
una junta polimrica que impide el ingreso de agua, arenas y es fcil de instalar.
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Para mantener el anillo de la Tapa en su lugar, brindar proteccin y evitar la
filtracin de aguas lluvias se cubre con un hormign H-15 como se muestra en los
detalles.
Las escaleras al igual que todos los elementos metlicos de la Planta que se
deben fabricar son galvanizadas. Las escaleras estn compuestas por perfiles de
acero, poseen una separacin entre peldaos de 30centmetros y un ancho tambin
de 30 centmetros, sus largueros los componen barras planas de 50x5 milmetros,
van ancladas a los muros por medio de placas de acero de 5 milmetros y pernos de
expansin de 1/2 de dimetro y 4 de largo, llevando dos en cada placa.
Ambas escaleras son similares poseen una separacin desde el peldao
hasta el muro de 15 centmetros, distancia suficiente para dar comodidad y apoyarcorrectamente el pie sobre ellas, se observo en terreno que la distancia normal de
separacin era de 10 centmetros, lo cual segn operadores de las Plantas
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provocaba incomodidad e inseguridad al descender, razn por la cual se adopt 15
centmetros.
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La baranda de seguridad de la Cmara Desarenadora esta compuesta por dos
mdulos, los cuales dejan un vano junto al muro opuesto a la entrada a la cmara,
aqu se ubica la segunda escalera que permite llegar hasta el radier.
Al igual que la baranda de la Cmara de Rejas posee cadenas en los vanos,
pero en este caso va soldada a un mdulo y sujeta a un gancho anclado al muro de
la estructura (Detalle N 4.31).
Esta baranda posee slo el primer mdulo con anclaje superior el cual es
similar al de la Baranda de la Cmara de Rejas (Detalle N 4.21), el anclaje inferior
es una placa que va anclada lateralmente a la losa interior de la cmara por medio
de pernos de expansin de (Detalle N 4.30).
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4.3.3. Pozo de Aspiracin o Pozo de Bombeo.
El pozo de Bombeo es el compartimiento ms profundo de la Planta
Elevadora, en su interior tiene una losa igual a la que posee la Cmara
Desarenadora, tambin posee barandas de seguridad (Detalle N 4.50 y 4.52) y evita
el contacto con el agua acumulada en el interior (Detalle N 4.34). El pozo se conecta
interiormente con la Cmara Desarenadora, pero no posee acceso hacia ella desde
su interior.
El Pozo de Bombeo consta con distintos niveles de agua durante el
funcionamiento de la Planta, para desplegar las seales en los momentos en que se
han alcanzado dicho niveles se emplean flotadores los que deben ser dispuestos de
acuerdo a las cotas mencionadas en los detalles del Pozo de Bombeo. NP indica el
nivel de parada de las bombas, NI indica el momento de inicio de las bombas y NR
es el nivel de Rebalse.
El nivel de rebalse se dispone para un caso fortuito, es decir cualquier
situacin no considerada en el diseo hidrulico, que lleve el caudal de entrada a
niveles muy superiores al de diseo de la P.E.A.S. El rebalse de la Planta puede ser
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un colector cuyo radier de salida es la cota de rebalse y que enva el agua residual a
otro punto de la red de alcantarillados, si existe la factibilidad de hacerlo, o enva el
agua residual a una zona determinada como pantanos, lagos o ros, por ejemplo,
hasta normalizar el sistema.
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Este compartimiento posee una bancada que cumple la misma funcin que la
cmara desarenadora, pero en una escala menor, ya que sus dimensiones son
menores y la presencia de arena es muy baja en su interior, la bancada del pozo
tiene una altura de 20 centmetros y una pendiente de 100%, el hormign de esta
bancada tambin es H-15.
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Como se menciono anteriormente las bombas son unidades sumergibles
accionadas por un motor elctrico, especficamente la bomba seleccionada es la CP3102,181 MT. Las bombas dispone de una instalacin semipermanente que permite
extraerla del pozo para realizar mantencin, van montadas sobre un codo patn, para
su extraccin desde el interior del pozo poseen tubos guas que van montados sobre
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el codo patn y anclados a la losa superior del pozo (Detalle N 4.37), para llevarlas
hasta la superficie tienen cadenas que estn amarradas al asa de la bomba (Detalle
N 4.32, 4.33 y 4.35).
Las bombas estn separadas de acuerdo a la distancia entre los ejes de las
descargas de cada bomba, cuya medida es de 80 cm. (Detalle N 4.36 y 4.37).
Los cuidados generales que hay que tener al instalar las bombas son, elevar
siempre la bomba por el asa de elevacin, no hacerlo nunca por el cable del motor o
la manguera, el extremo del cable no deber sumergirse, deber estar sobre el nivelde inundacin puesto que a travs de ellos puede penetrar agua hasta la caja de
conexiones o el motor, el nivel mnimo de parada ha de ser el adecuado (de acuerdo
a la informacin suministrada por el proveedor) y las bombas nunca han de trabajar
en vaco.
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Para mantener la cadena al alcance de los operadores se dispone de un
gancho de acero galvanizado que se adhiere a la losa de la cmara por medio de
pernos de expansin, de esta forma no es necesario ingresar al recinto del pozo para
extraer las bombas.
Desde el pozo de bombas salen las tuberas con el agua residual a presin
hasta la Cmara de Vlvulas, para cruzar el muro que separa estos dos
compartimientos se emplea un pasamuro (8), el cual es una pieza que posee un
anclaje que queda dentro del muro otorgando rigidez al sistema. Las tuberas de
descarga de las bombas suben en forma vertical hasta el nivel de la Cmara de
Vlvulas, estas tuberas se conforman por una reduccin (4) que adapta el dimetro
del codo patn de la bomba (3) con el dimetro seleccionado para la impulsin,
tambin posee tubos (5 y 6) y un codo (7) que cambia la direccin a horizontal antes
del pasamuro (8), todas estas piezas son de fierro fundido y poseen uniones bridas.
Al igual que la tubera de impulsin la red interior de la Planta Elevadora debe
realizarse con piezas especiales con una presin de trabajo de 10 kg./cm2, al
momento de adquirir las piezas se debe solicitar tambin de acuerdo a que norma se
requieren las uniones bridas, adems del tipo de material y tamao.
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La parte superior del pozo est compuesta por una losa de similares
caractersticas a las cmaras anteriores, pero en ella, adems de la tapa para el
ingreso del personal, tambin se sitan dos escotillas para la instalacin y extraccin
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de las bombas que se utilizarn cuando se realice mantencin o se cambie algn
equipo daado.
La tapa para el ing