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UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
ESCUELA ACADEMICA DE INGENIERÍA CIVIL
SISTEMA DE AGUA POTABLE, DRENAJE
Y TRATAMIENTO
SANCHEZ VERASTEGUI, WILLIAM M.
william.sanchez@urp.edu.pe
wsanchez@urp.edu.pe
Unidad 3a
Línea de Conducción por bombeo
-Línea de Impulsión-
LINEA DE IMPULSION
 Tradicionalmente la presión proporcionada por una “bomba” en metros de
columna de agua, se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina
genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se
dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).
 Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un
volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en
metros de columna de agua m.c.a. de líquido, otras unidades) es la misma para
cualquier líquido sin que importe su densidad.
Como resolver la Línea de Impulsión
ES IMPORTANTE ENTENDER QUE LA LINEA DE
IMPULSION ES UN PROBLEMA
HIDRAULICAMENTE INDETERMINADO.............
Por tanto cualquier diámetro que el proyectista
plantea podría resolver provisionalmente el problema.
......
busco diámetros ???
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
• Si la línea de conducción es por gravedad el diámetro esta completamente
definido
• Si está alimentada por bomba, la elección estará basada en un estudio
técnico económico.
• Si el diámetro es pequeño la pérdida de carga es grande y entonces
habrá que usarse una bomba de potencia elevada que logre vencer
las pérdidas y muy elevado el costo de la impulsión.
• Si el diámetro es grande la pérdida de carga es pequeña y la altura a
elevar del agua será menor, entonces menor costo de bombeo pero el
costo de la tubería es mayor que en el primer caso.
• En resumen el primer caso la tubería es barata y el costo del bombeo
grande en el segundo caso sucede lo inverso: la tubería es costosa y el
gasto de bombeo es reducido.
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
Método Analítico
Para la aplicación de estos métodos se requiere informar
sobre el tipo de suministro:
 Suministro continuo t = 24 hrs
 Suministro discontinuo t< 24 hrs.
En base a dos factores:
1. Factor económico:
b
o Q
K
D 

Do = diámetro (m.)
Qb= caudal máximo diario (m3/s)
K = valor que refiere el costo de insumos a
utilizar y varia de (1.1-1.3)
Método de Breese:
Suministro continuo
Método de Breese modificado
Do = diámetro (m.)
Qb= Caudal de diseño (m3/s).
Qmd= Caudal máximo diario (m3/s)
Tb = tiempo de bombeo (horas)
b
o Q
n
D 

 4
1
3
.
1 







Tb
Qmd
Qb
24
24
Tb
n 
Método Análisis de Sensibilidad Económica
Tiene en cuenta:
 Costo de la tubería de impulsión
 Costo del equipo de bombeo
 Costo total (costo de tubería + costo de equipo bombeo)
 Costo de energía consumida durante la vida útil del equipo
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
Suministro Discontinuo
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
Método Grafico.-
Curva A: El costo de una tubería depende del diámetro
“ A menor diámetro es menor su costo”
“A mayor diámetro es mayor el costo”
Curva B: El costo de HP instalado es mayor a menor
diámetro de salida;
Curva C: Punto de intersección de A y B que van a definir
el punto optimo o curva C..............
“Encuentro el Diámetro tentativo Do”
D
Costos
Costo tubería
Costo bombeo
Costo total
Costo total
mínimo
Diámetro más económico
A
B
C
Costo total = Costo tubería + Costo bombeo
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
ANALISIS DE SENSIBILIDAD ECONOMICA para LINEA DE IMPULSION
ITEM DESCRIPCION Dt -2 Dt-1 Dt Dt +1 Dt +2
1 Longitud de la Linea de Impulsion L L L L L
2 Costo por ml. de la Tuberia Instalada C1 C2 C0 C3 C4
3 Costo de la Linea de Impúlsión LC1 LC2 LC0 LC3 LC4
4 Altura Geometrica Hg Hg Hg Hg Hg
5 Perdida de Carga por Friccion en la LI hhf1 hhf2 hhf0 hhf3 hhf4
6 Perdida de Carga Localizada en la LI hhl1 hhl2 hhl0 hhl3 hhl4
7 Altura Dinamica Total HDT1 HDT2 HDT0 HDT3 HDT4
8 Potencia de Consumo Pc1 Pc2 Pc0 Pc3 Pc4
9 Potencia Instalada Pi1 Pi2 Pi0 Pi3 Pi4
10 Costo unitario/HP Instalado S/, 1 S/2 S/0 S/3 S/4
11 Costo Equipo Instalado Pi1S/1 Pi2S/2 Pi0S/0 Pi3S/3 Pi4S/4
12 Costo de Operación Op 1 Op2 Op0 Op3 Op4
13 Costo de Mantenimiento Mo 1 Mo2 Mo0 Mo3 Mo4
14 Costo de Depreciacion de Equipos Do 1 Do 2 Do 0 Do 3 Do 4
15 Costo de Capitalizacion Co 1 Co 2 Co 0 Co 3 Co 4
16 Costo de Operación y Mantenimiento OMDC 1 OMDC 2 OMDC 0 OMDC 3 OMDC 4
17 TOTAL T 1 T 2 T 0 T 3 T 4
Nota: Seleccionar el Costo Total menor, Tecnico -Economico y Rentable al proyecto.
Op = 75%Pi * n° horas *365 dias * costo tarifa electrica
Mo= Costo de equipo de bombeo / vida util
Do= (costo del equipo / ( 1+r)t)
Co= capital de Inversion
Análisis de Sensibilidad Económica.-
2. Factor hidráulico:
• Para evitar sedimentación y desgaste en la tubería debido a bajas o altas
velocidades
• Condiciones optimas de operación.
Vmin = 0.6 m/s
Vmax = 1.5 m/s
𝐷𝑜 =
4𝑄𝑏
𝜋𝑉
Do = diámetro (m.)
Qb= caudal máximo diario (m3/)
V = Velocidad a considerar (entre 0.6 a 1.5 m/s)
Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
Costo de energía consumida durante la vida útil del equipo
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = 0.746 𝑃𝑜𝑡𝑖 365 𝐻𝑏𝐶𝑢
1 + 𝑖 𝑛
− 1
𝑖 1 + 𝑖 𝑛
Pot i = Potencia instalada = 1.2 Pot. Bomba
Hb = Horas de bombeo
Cu = Costo unitario de energía ($/Kw-h)
i = Interés anual
n = Años de funcionamiento (10 años)
Información de campo / Proyectista.-
Otras consideraciones.-
 Perdidas de carga:
Li / Di > 4000 la línea es larga, hf =0
 Si la línea de impulsión es larga se desprecia las perdidas de carga
localizadas tanto en la succión como en la impulsión.
 Si Ls <4500
La línea de succión es corta
Por tanto debemos analizar mediante tablas los valores K equivalentes
de cada accesorio a utilizar
 Recordar que el diámetro final de succión es el diámetro inmediato
superior al diámetro de impulsión
Información para el Fabricante.-
 Caudal de bombeo
 Di, Ds, Hg, Ls, Li, Pc, Pi
 Ubicación de la estación de
bombeo en msnm
 Temperatura promedio
 Tipo de energía a utilizar:
ciclaje, voltaje, alterna o
continua.
 Análisis físico químico del
agua
 Curva de trabajo HDT vs
Caudales diferenciados
Reconociendo las curvas de bombeo
 Todas las curvas varían
según el proveedor .
 Si en caso encontrar mas
de una curva que satisface
nuestras necesidades;
debemos seleccionar
aquella del tercio central
con menor pendiente.
Qb
HDT
Pc
E
Comparación Proyectista y Fabricante
Procedimiento
a.- Definir cota fuente de alimentación “C1”
b.- Definir Cotas de almacenamiento “C2”
c.- Definir Cota eje de bomba “Co”
d.- longitud de Impulsión “Li”
e.- Longitud de succión “Ls”
g.- HDT y sus elementos
Diseño de Línea de Impulsión
17
POTENCIA DE UNA TURBOMAQUINA
Potencia de un flujo (potencia Real)
bomba
la
de
s
m
(
:
Gravedad
m
(
:
Altura
m
kg
(
:
Especifico
Peso
s
m
(
:
Caudal
METRICO
SISTEMA
2
3
3
eficiencia
:
:
)
g
)
H
)
)
Q















W)
(J/s 



QH
P
bomba
la
de
m
(
:
Altura
m
N
(
:
Especifico
Peso
s
m
(
:
Caudal
NAL
INTERNACIO
SISTEMA
3
3
eficiencia
:
:
)
H
)
)
Q















Determinar la HGT, HDT y la potencia de la bomba. El caudal a transportar es de
35 lps con una eficiencia en el sistema de bombeo de 80%. Las pérdidas en la
succión y la descarga son 2.31 m y 9.70 m respectivamente.
EJEMPLO 1
Determinar y dimensionar la línea de conducción e impulsión, de una fuente de
agua superficial. Tener en cuenta que se piensa utilizar una línea existente de 4” de
diámetro de Fierro Fundido al cual se hace un trazo paralelo a esta línea cuya
característica geométrica se muestra en el grafico. Población existente 15000 hab.
Considerar:
 En la Planta de Tratamiento se origina una perdida de carga de 20 m.
 Tramo 4-5 no se utilizara la línea existente en dicho tramo.
 Tramo 4-5 se utilizara un sistema de bombeo (Específicamente en el Pto. 5)
EJEMPLO 1
Se utilizara la formula de Hazen y Williams:
Fierro Fundido C = 100
EJEMPLO 1
Al realizar el trazo de la línea de energía o gradiente entre la fuente y la planta de
tratamiento P.T. el tramo 4-5 se encuentra sobre el nivel de energía, entonces se
hace un deposito en el punto 4.
EJEMPLO 1
EJEMPLO 1
EJEMPLO 1
Ejemplo 2:
Se va a realizar un proyecto de abastecimiento de agua para una urbanización
que cuenta con 760 lotes (considerar dotación 250 lt/hab./dia, K1 = 1,3 y densidad
de 7 hab/lote). Determinar:
a) El volumen del reservorio a construirse
b) El caudal a bombear , si tendrá un régimen de 24 horas de bombeo
c) El equipo de bombeo a usar, si el material será PVC(C=140)
d) Que ocurre cuando NPSHd>NPSHr
día
seg
dot
pf
Qm
/
400
,
86

 Qm = 15,39 lt/s
Qmd = K1 x Qm = 20,012 lt/s
Solución:
Reservorio:
a)
b)
Sistema de bombeo
Análisis de las perdidas
Análisis de la carga de velocidad
Altura Dinámica y Potencia de la bomba
EJEMPLO 3
Determinar el diámetro de la línea de conducción por bombeo en base al esquema adjunto.
Considerar la aplicación del análisis de sensibilidad económica. La zona de estudio no cuenta
con datos censales, y esta ubicado en la región costa.
Datos del proyecto:
Vol. Reservorio-fuente: 650 m3
Qb 18 horas de bombeo
Eficiencia del equipo de bombeo () = 85%
Dimensionamiento de la Cisterna
𝑉𝑜𝑙 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑚𝑑
1000
3600 𝑁𝑢𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎
ℎ =
𝑉𝑡
3
+ 𝑘 Donde:
Vol : volumen de cisterna (m3)
Qb, Qmd : lt/s
h : profundidad de agua (m)
Vt : Volumen de cisterna (en cientos de m3)
K : Constante en función a la capacidad (tabla)
Tabla 1
Constante de capacidad del
Almacenamiento
Vt (cientos de m3) K
< 3 2
4 - 6 1.8
7 - 9 1.5
10 - 13 1.3
14 - 16 1
> 17 0.7
Viviendas encuestadas: 25
Total de hab. Lotes encuestados: 107 hab.
Total de lotes de la zona de estudio: 450
Met. Densidad de hab. Por vivienda Sedapal:
Densidad de saturación: 7 hab/vivienda
Método de Saturación:
• Establece la población de saturación para un lugar determinado. Se basa en
determinar la cantidad máxima de habitantes que pueden alcanzar en el área
del proyecto, y con ella diseñar el sistema de abastecimiento.
• Es necesario constar con suficiente información del sitio:
• Número de viviendas.
• Número de lotes vacíos que representarán el número de viviendas futuras.
• Índice habitacional.
Ejemplo 3.2:
La zona de estudio presenta 4250 habitantes, distribuidos en 715 viviendas, lo que
corresponden a un índice habitacional de 5.94 habitantes/viviendas.
Un estudio poblacional en la zona determino que el número de lotes que podrían alcanzar
es de 150.
Solución:
Viviendas totales = Viviendas actuales + viviendas futuras
Viviendas totales = 715 + 150 = 865 viviendas
Población total = Número de viviendas x el índice habitacional
= 865 x 5.94 = 5,138 habitante.
EJEMPLO 3
Esquema:
EJEMPLO 3
Solución:
Densidad= hab/Viviendas =107/25 = 4.28 hab/vivienda
Po = # lotes x Densidad actual = 450x4.28 = 1926 hab.
Pf = # lotes x Densidad saturación
Pf = 450x7 = 3150 hab.
Dotacion: 150lt/hab/dia
Qm = 5.45 lt/s
Qi (caudal adicional) = 0.68 lt/s (servicios públicos)
Qm = 6.13 lt/s
K1 = 1.3
Qmd = 7.97 lt/s
b
o Q
n
D 

 4
1
3
.
1








Tb
Qmd
Qb
24
24
Tb
n 
Qb = 10.65 lt/s
Do = 4.92 “
De = 6”
Análisis de Sensibilidad Económico:
Se animalizaran costos para diámetros de:
3”, 4” 6”, 8” y 10 “
Suministro
discontinuo
TRAMO I
Dimensionamiento de la Cisterna
𝑉𝑜𝑙 =
𝑄𝑏 − 𝑄𝑚𝑑
1000
3600 𝑁𝑢𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎
ℎ =
𝑉𝑡
3
+ 𝑘
𝑉𝑜𝑙 = 38.60 m3
ℎ = 2.13 𝑚.
ℎ = 2.00 𝑚.
1. COSTO DE EQUIPO
TRAMO I
𝑃𝑜𝑡 =
𝑄𝑏𝛾𝐻𝐷𝑇
76𝜂
HDT = HG + Dhs +Dhi
HG = 108.5 m.
Perdida por accesorio: ℎ𝑎𝑐𝑐 = 𝐾
𝑉2
2𝑔
Línea de succión:
Suministro K Unidad
Canastilla de válvula de paso o de pie 6.10 1 6.10
Reducción excéntrica 0.19 1 0.19
Codo 90° 0.90 3 2.70
8.99
𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2
Adición de 25% por margen de seguridad
K = 0.25*8.99
K = 11.24
ℎ𝑎𝑐𝑐 = 11.24
𝑉2
2𝑔
Dc (pulg) D (m) K Q (m3/s) V (m/s) hacc (m)
3 0.0762 11.24 0.01065 2.34 3.12
4 0.1016 11.24 0.01065 1.31 0.99
6 0.1524 11.24 0.01065 0.58 0.20
8 0.2032 11.24 0.01065 0.33 0.06
10 0.254 11.24 0.01065 0.21 0.03
Línea de impulsión:
Suministro K Unidad
Codos de 45° 0.40 7 2.80
Codos de 22.5° 0.20 2 0.40
Codo 90° 0.90 2 1.80
Codos de 11.25° 0.10 5 0.50
5.50
Adición de 25% por margen de seguridad
K = 0.25*5.50
K = 6.88
ℎ𝑎𝑐𝑐 = 6.88
𝑉2
2𝑔
Dc (pulg) D (m) K Q (m3/s) V (m/s) hacc (m)
3 0.0762 6.8 0.01065 2.34 1.89
4 0.1016 6.8 0.01065 1.31 0.60
6 0.1524 6.8 0.01065 0.58 0.12
8 0.2032 6.8 0.01065 0.33 0.04
10 0.254 6.8 0.01065 0.21 0.02
1. COSTO DE EQUIPO
TRAMO I
Perdida por friccion:
Línea de impulsión: 𝑆 =
𝑄𝑏
0.2785 𝐶 𝐷2.63
1.85
ℎ𝑓 = 𝑆 𝐿
L = 1213 m.
C =140
Dc (pulg) D (m) Q (m3/s) C S L (m) hf (m)
3 0.0762 0.01065 140 0.0703 1213 85.32
4 0.1016 0.01065 140 0.0173 1213 21.05
6 0.1524 0.01065 140 0.0024 1213 2.93
8 0.2032 0.01065 140 0.0006 1213 0.72
10 0.254 0.01065 140 0.0002 1213 0.24
Dc (pulg) HG (m) hacc (m)-Suc hacc (m) Imp hf (m) HDT (m)
3 108.50 3.12 1.89 85.32 198.83
4 108.50 0.99 0.60 21.05 131.13
6 108.50 0.20 0.12 2.93 111.74
8 108.50 0.06 0.04 0.72 109.32
10 108.50 0.03 0.02 0.24 108.78
Potencia de la electrobomba:
Dc (pulg) Q (m3/s)  HDT (m) POTENCIA (HP)
3 0.01065 85 198.83 32.78
4 0.01065 85 131.13 21.62
6 0.01065 85 111.74 18.42
8 0.01065 85 109.32 18.02
10 0.01065 85 108.78 17.93
𝑃𝑜𝑡 =
𝑄𝑏𝛾𝐻𝐷𝑇
76𝜂
HDT = HG + Dhs +Dhi
HG = 108.5 m.
TRAMO I
Línea de impulsión:
Línea de succión:
TRAMO I
2. COSTO DE TUBERIA
Longitud de tubería: 1213 m.
Costo por ml. de tubería:
Dc (pulg) $/ml L (m) Cost Tot ($)
3 8.25 1213 10007.25
4 13.45 1213 16314.85
6 24.34 1213 29524.42
8 30.21 1213 36644.73
10 38.47 1213 46664.11
Dc (pulg) POTENCIA (HP) Pot i n i C En
3 32.78 39.34 10 10 96428.73
4 21.62 25.94 10 10 63595.50
6 18.42 22.11 10 10 54191.03
8 18.02 21.63 10 10 53017.86
10 17.93 21.52 10 10 52757.57
3. COSTO DE ENERGIA
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = 0.746 𝑃𝑜𝑡𝑖 365 𝐻𝑏𝐶𝑢
1 + 𝑖 𝑛
− 1
𝑖 1 + 𝑖 𝑛
Pot i = 1.2 Pot. Bomba
Hb = 18 Horas
Cu = 0.0814 $/Kw-h
i = 10
n = 10 años
EJEMPLO 3
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 2 4 6 8 10 12
COSTO
($)
Diametro (pulg)
CT, CE, CTT VS DIAMETRO
CT
CE
CTT
CE + CT CE+CT+CEN
D CE CT CEN CTT CTT1
3 15065.3 10007.2 96428.73 25072.5 121501.23
4 9733.8 16314.8 63595.50 26048.6 89644.1
6 9405.4 29524.4 54191.03 38929.8 93120.83
8 9405.4 36644.7 53017.86 46050.1 99067.96
10 9405.4 46664.1 52757.57 56069.5 108827.07
TRAMO I
Verficando velocidad de Impulsion: 𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2 𝑉 = 2.34 𝑚/𝑠
Velocidad mayor a 1 m/s Diametro de succion “Ds” = 4”
𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2 𝑉 = 1.31
𝑚
𝑠
𝑁𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒
Diametro de succion “Ds” = 6”
𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2 𝑉 = 0.58 𝑚/𝑠 Cumple
EJEMPLO 3
CE + CT CE+CT+CEN
D CE CT CEN CTT CTT1
3 15065.3 10007.2 96428.73 25072.5 121501.23
4 9733.8 16314.8 63595.50 26048.6 89644.1
6 9405.4 29524.4 54191.03 38929.8 93120.83
8 9405.4 36644.7 53017.86 46050.1 99067.96
10 9405.4 46664.1 52757.57 56069.5 108827.07
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 2 4 6 8 10 12
Costo
($)
Diametro (pulg)
CT, CE, CEN VS DIAMETRO
CEN
CT
CE
TRAMO I
Verficando velocidad de Impulsion: 𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2 𝑉 = 1.31 𝑚/𝑠
Velocidad mayor a 1 m/s Diametro de succion “Ds” = 6”
𝑉 =
4𝑄𝑏
𝜋𝐷2 𝑉 = 0.58 𝑚/𝑠 Cumple
GRACIAS

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  • 1. UNIVERSIDAD RICARDO PALMA ESCUELA ACADEMICA DE INGENIERÍA CIVIL SISTEMA DE AGUA POTABLE, DRENAJE Y TRATAMIENTO SANCHEZ VERASTEGUI, WILLIAM M. william.sanchez@urp.edu.pe wsanchez@urp.edu.pe Unidad 3a Línea de Conducción por bombeo -Línea de Impulsión-
  • 2. LINEA DE IMPULSION  Tradicionalmente la presión proporcionada por una “bomba” en metros de columna de agua, se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura).  Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en metros de columna de agua m.c.a. de líquido, otras unidades) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad.
  • 3. Como resolver la Línea de Impulsión ES IMPORTANTE ENTENDER QUE LA LINEA DE IMPULSION ES UN PROBLEMA HIDRAULICAMENTE INDETERMINADO............. Por tanto cualquier diámetro que el proyectista plantea podría resolver provisionalmente el problema. ...... busco diámetros ???
  • 4. Métodos: Calculo Diámetro Tentativo • Si la línea de conducción es por gravedad el diámetro esta completamente definido • Si está alimentada por bomba, la elección estará basada en un estudio técnico económico. • Si el diámetro es pequeño la pérdida de carga es grande y entonces habrá que usarse una bomba de potencia elevada que logre vencer las pérdidas y muy elevado el costo de la impulsión. • Si el diámetro es grande la pérdida de carga es pequeña y la altura a elevar del agua será menor, entonces menor costo de bombeo pero el costo de la tubería es mayor que en el primer caso. • En resumen el primer caso la tubería es barata y el costo del bombeo grande en el segundo caso sucede lo inverso: la tubería es costosa y el gasto de bombeo es reducido.
  • 5. Métodos: Calculo Diámetro Tentativo Método Analítico Para la aplicación de estos métodos se requiere informar sobre el tipo de suministro:  Suministro continuo t = 24 hrs  Suministro discontinuo t< 24 hrs. En base a dos factores: 1. Factor económico: b o Q K D   Do = diámetro (m.) Qb= caudal máximo diario (m3/s) K = valor que refiere el costo de insumos a utilizar y varia de (1.1-1.3) Método de Breese: Suministro continuo
  • 6. Método de Breese modificado Do = diámetro (m.) Qb= Caudal de diseño (m3/s). Qmd= Caudal máximo diario (m3/s) Tb = tiempo de bombeo (horas) b o Q n D    4 1 3 . 1         Tb Qmd Qb 24 24 Tb n  Método Análisis de Sensibilidad Económica Tiene en cuenta:  Costo de la tubería de impulsión  Costo del equipo de bombeo  Costo total (costo de tubería + costo de equipo bombeo)  Costo de energía consumida durante la vida útil del equipo Métodos: Calculo Diámetro Tentativo Suministro Discontinuo
  • 7. Métodos: Calculo Diámetro Tentativo Método Grafico.- Curva A: El costo de una tubería depende del diámetro “ A menor diámetro es menor su costo” “A mayor diámetro es mayor el costo” Curva B: El costo de HP instalado es mayor a menor diámetro de salida; Curva C: Punto de intersección de A y B que van a definir el punto optimo o curva C.............. “Encuentro el Diámetro tentativo Do”
  • 8. D Costos Costo tubería Costo bombeo Costo total Costo total mínimo Diámetro más económico A B C Costo total = Costo tubería + Costo bombeo Métodos: Calculo Diámetro Tentativo
  • 9. ANALISIS DE SENSIBILIDAD ECONOMICA para LINEA DE IMPULSION ITEM DESCRIPCION Dt -2 Dt-1 Dt Dt +1 Dt +2 1 Longitud de la Linea de Impulsion L L L L L 2 Costo por ml. de la Tuberia Instalada C1 C2 C0 C3 C4 3 Costo de la Linea de Impúlsión LC1 LC2 LC0 LC3 LC4 4 Altura Geometrica Hg Hg Hg Hg Hg 5 Perdida de Carga por Friccion en la LI hhf1 hhf2 hhf0 hhf3 hhf4 6 Perdida de Carga Localizada en la LI hhl1 hhl2 hhl0 hhl3 hhl4 7 Altura Dinamica Total HDT1 HDT2 HDT0 HDT3 HDT4 8 Potencia de Consumo Pc1 Pc2 Pc0 Pc3 Pc4 9 Potencia Instalada Pi1 Pi2 Pi0 Pi3 Pi4 10 Costo unitario/HP Instalado S/, 1 S/2 S/0 S/3 S/4 11 Costo Equipo Instalado Pi1S/1 Pi2S/2 Pi0S/0 Pi3S/3 Pi4S/4 12 Costo de Operación Op 1 Op2 Op0 Op3 Op4 13 Costo de Mantenimiento Mo 1 Mo2 Mo0 Mo3 Mo4 14 Costo de Depreciacion de Equipos Do 1 Do 2 Do 0 Do 3 Do 4 15 Costo de Capitalizacion Co 1 Co 2 Co 0 Co 3 Co 4 16 Costo de Operación y Mantenimiento OMDC 1 OMDC 2 OMDC 0 OMDC 3 OMDC 4 17 TOTAL T 1 T 2 T 0 T 3 T 4 Nota: Seleccionar el Costo Total menor, Tecnico -Economico y Rentable al proyecto. Op = 75%Pi * n° horas *365 dias * costo tarifa electrica Mo= Costo de equipo de bombeo / vida util Do= (costo del equipo / ( 1+r)t) Co= capital de Inversion Análisis de Sensibilidad Económica.-
  • 10. 2. Factor hidráulico: • Para evitar sedimentación y desgaste en la tubería debido a bajas o altas velocidades • Condiciones optimas de operación. Vmin = 0.6 m/s Vmax = 1.5 m/s 𝐷𝑜 = 4𝑄𝑏 𝜋𝑉 Do = diámetro (m.) Qb= caudal máximo diario (m3/) V = Velocidad a considerar (entre 0.6 a 1.5 m/s) Métodos: Calculo Diámetro Tentativo Costo de energía consumida durante la vida útil del equipo 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = 0.746 𝑃𝑜𝑡𝑖 365 𝐻𝑏𝐶𝑢 1 + 𝑖 𝑛 − 1 𝑖 1 + 𝑖 𝑛 Pot i = Potencia instalada = 1.2 Pot. Bomba Hb = Horas de bombeo Cu = Costo unitario de energía ($/Kw-h) i = Interés anual n = Años de funcionamiento (10 años)
  • 11. Información de campo / Proyectista.-
  • 12. Otras consideraciones.-  Perdidas de carga: Li / Di > 4000 la línea es larga, hf =0  Si la línea de impulsión es larga se desprecia las perdidas de carga localizadas tanto en la succión como en la impulsión.  Si Ls <4500 La línea de succión es corta Por tanto debemos analizar mediante tablas los valores K equivalentes de cada accesorio a utilizar  Recordar que el diámetro final de succión es el diámetro inmediato superior al diámetro de impulsión
  • 13. Información para el Fabricante.-  Caudal de bombeo  Di, Ds, Hg, Ls, Li, Pc, Pi  Ubicación de la estación de bombeo en msnm  Temperatura promedio  Tipo de energía a utilizar: ciclaje, voltaje, alterna o continua.  Análisis físico químico del agua  Curva de trabajo HDT vs Caudales diferenciados
  • 14. Reconociendo las curvas de bombeo  Todas las curvas varían según el proveedor .  Si en caso encontrar mas de una curva que satisface nuestras necesidades; debemos seleccionar aquella del tercio central con menor pendiente. Qb HDT Pc E
  • 16. Procedimiento a.- Definir cota fuente de alimentación “C1” b.- Definir Cotas de almacenamiento “C2” c.- Definir Cota eje de bomba “Co” d.- longitud de Impulsión “Li” e.- Longitud de succión “Ls” g.- HDT y sus elementos Diseño de Línea de Impulsión
  • 17. 17 POTENCIA DE UNA TURBOMAQUINA Potencia de un flujo (potencia Real) bomba la de s m ( : Gravedad m ( : Altura m kg ( : Especifico Peso s m ( : Caudal METRICO SISTEMA 2 3 3 eficiencia : : ) g ) H ) ) Q                W) (J/s     QH P bomba la de m ( : Altura m N ( : Especifico Peso s m ( : Caudal NAL INTERNACIO SISTEMA 3 3 eficiencia : : ) H ) ) Q               
  • 18. Determinar la HGT, HDT y la potencia de la bomba. El caudal a transportar es de 35 lps con una eficiencia en el sistema de bombeo de 80%. Las pérdidas en la succión y la descarga son 2.31 m y 9.70 m respectivamente.
  • 19. EJEMPLO 1 Determinar y dimensionar la línea de conducción e impulsión, de una fuente de agua superficial. Tener en cuenta que se piensa utilizar una línea existente de 4” de diámetro de Fierro Fundido al cual se hace un trazo paralelo a esta línea cuya característica geométrica se muestra en el grafico. Población existente 15000 hab. Considerar:  En la Planta de Tratamiento se origina una perdida de carga de 20 m.  Tramo 4-5 no se utilizara la línea existente en dicho tramo.  Tramo 4-5 se utilizara un sistema de bombeo (Específicamente en el Pto. 5)
  • 20. EJEMPLO 1 Se utilizara la formula de Hazen y Williams: Fierro Fundido C = 100
  • 21. EJEMPLO 1 Al realizar el trazo de la línea de energía o gradiente entre la fuente y la planta de tratamiento P.T. el tramo 4-5 se encuentra sobre el nivel de energía, entonces se hace un deposito en el punto 4.
  • 25. Ejemplo 2: Se va a realizar un proyecto de abastecimiento de agua para una urbanización que cuenta con 760 lotes (considerar dotación 250 lt/hab./dia, K1 = 1,3 y densidad de 7 hab/lote). Determinar: a) El volumen del reservorio a construirse b) El caudal a bombear , si tendrá un régimen de 24 horas de bombeo c) El equipo de bombeo a usar, si el material será PVC(C=140) d) Que ocurre cuando NPSHd>NPSHr
  • 26. día seg dot pf Qm / 400 , 86   Qm = 15,39 lt/s Qmd = K1 x Qm = 20,012 lt/s Solución: Reservorio: a)
  • 28. Análisis de las perdidas
  • 29.
  • 30. Análisis de la carga de velocidad
  • 31. Altura Dinámica y Potencia de la bomba
  • 32.
  • 33.
  • 34. EJEMPLO 3 Determinar el diámetro de la línea de conducción por bombeo en base al esquema adjunto. Considerar la aplicación del análisis de sensibilidad económica. La zona de estudio no cuenta con datos censales, y esta ubicado en la región costa. Datos del proyecto: Vol. Reservorio-fuente: 650 m3 Qb 18 horas de bombeo Eficiencia del equipo de bombeo () = 85% Dimensionamiento de la Cisterna 𝑉𝑜𝑙 = 𝑄𝑏 − 𝑄𝑚𝑑 1000 3600 𝑁𝑢𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎 ℎ = 𝑉𝑡 3 + 𝑘 Donde: Vol : volumen de cisterna (m3) Qb, Qmd : lt/s h : profundidad de agua (m) Vt : Volumen de cisterna (en cientos de m3) K : Constante en función a la capacidad (tabla) Tabla 1 Constante de capacidad del Almacenamiento Vt (cientos de m3) K < 3 2 4 - 6 1.8 7 - 9 1.5 10 - 13 1.3 14 - 16 1 > 17 0.7 Viviendas encuestadas: 25 Total de hab. Lotes encuestados: 107 hab. Total de lotes de la zona de estudio: 450 Met. Densidad de hab. Por vivienda Sedapal: Densidad de saturación: 7 hab/vivienda
  • 35.
  • 36.
  • 37. Método de Saturación: • Establece la población de saturación para un lugar determinado. Se basa en determinar la cantidad máxima de habitantes que pueden alcanzar en el área del proyecto, y con ella diseñar el sistema de abastecimiento. • Es necesario constar con suficiente información del sitio: • Número de viviendas. • Número de lotes vacíos que representarán el número de viviendas futuras. • Índice habitacional. Ejemplo 3.2: La zona de estudio presenta 4250 habitantes, distribuidos en 715 viviendas, lo que corresponden a un índice habitacional de 5.94 habitantes/viviendas. Un estudio poblacional en la zona determino que el número de lotes que podrían alcanzar es de 150. Solución: Viviendas totales = Viviendas actuales + viviendas futuras Viviendas totales = 715 + 150 = 865 viviendas Población total = Número de viviendas x el índice habitacional = 865 x 5.94 = 5,138 habitante.
  • 39. EJEMPLO 3 Solución: Densidad= hab/Viviendas =107/25 = 4.28 hab/vivienda Po = # lotes x Densidad actual = 450x4.28 = 1926 hab. Pf = # lotes x Densidad saturación Pf = 450x7 = 3150 hab. Dotacion: 150lt/hab/dia Qm = 5.45 lt/s Qi (caudal adicional) = 0.68 lt/s (servicios públicos) Qm = 6.13 lt/s K1 = 1.3 Qmd = 7.97 lt/s b o Q n D    4 1 3 . 1         Tb Qmd Qb 24 24 Tb n  Qb = 10.65 lt/s Do = 4.92 “ De = 6” Análisis de Sensibilidad Económico: Se animalizaran costos para diámetros de: 3”, 4” 6”, 8” y 10 “ Suministro discontinuo
  • 40. TRAMO I Dimensionamiento de la Cisterna 𝑉𝑜𝑙 = 𝑄𝑏 − 𝑄𝑚𝑑 1000 3600 𝑁𝑢𝑚. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑛𝑜 𝑠𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎 ℎ = 𝑉𝑡 3 + 𝑘 𝑉𝑜𝑙 = 38.60 m3 ℎ = 2.13 𝑚. ℎ = 2.00 𝑚.
  • 41. 1. COSTO DE EQUIPO TRAMO I 𝑃𝑜𝑡 = 𝑄𝑏𝛾𝐻𝐷𝑇 76𝜂 HDT = HG + Dhs +Dhi HG = 108.5 m. Perdida por accesorio: ℎ𝑎𝑐𝑐 = 𝐾 𝑉2 2𝑔 Línea de succión: Suministro K Unidad Canastilla de válvula de paso o de pie 6.10 1 6.10 Reducción excéntrica 0.19 1 0.19 Codo 90° 0.90 3 2.70 8.99 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 Adición de 25% por margen de seguridad K = 0.25*8.99 K = 11.24 ℎ𝑎𝑐𝑐 = 11.24 𝑉2 2𝑔 Dc (pulg) D (m) K Q (m3/s) V (m/s) hacc (m) 3 0.0762 11.24 0.01065 2.34 3.12 4 0.1016 11.24 0.01065 1.31 0.99 6 0.1524 11.24 0.01065 0.58 0.20 8 0.2032 11.24 0.01065 0.33 0.06 10 0.254 11.24 0.01065 0.21 0.03 Línea de impulsión: Suministro K Unidad Codos de 45° 0.40 7 2.80 Codos de 22.5° 0.20 2 0.40 Codo 90° 0.90 2 1.80 Codos de 11.25° 0.10 5 0.50 5.50 Adición de 25% por margen de seguridad K = 0.25*5.50 K = 6.88 ℎ𝑎𝑐𝑐 = 6.88 𝑉2 2𝑔 Dc (pulg) D (m) K Q (m3/s) V (m/s) hacc (m) 3 0.0762 6.8 0.01065 2.34 1.89 4 0.1016 6.8 0.01065 1.31 0.60 6 0.1524 6.8 0.01065 0.58 0.12 8 0.2032 6.8 0.01065 0.33 0.04 10 0.254 6.8 0.01065 0.21 0.02
  • 42. 1. COSTO DE EQUIPO TRAMO I Perdida por friccion: Línea de impulsión: 𝑆 = 𝑄𝑏 0.2785 𝐶 𝐷2.63 1.85 ℎ𝑓 = 𝑆 𝐿 L = 1213 m. C =140 Dc (pulg) D (m) Q (m3/s) C S L (m) hf (m) 3 0.0762 0.01065 140 0.0703 1213 85.32 4 0.1016 0.01065 140 0.0173 1213 21.05 6 0.1524 0.01065 140 0.0024 1213 2.93 8 0.2032 0.01065 140 0.0006 1213 0.72 10 0.254 0.01065 140 0.0002 1213 0.24 Dc (pulg) HG (m) hacc (m)-Suc hacc (m) Imp hf (m) HDT (m) 3 108.50 3.12 1.89 85.32 198.83 4 108.50 0.99 0.60 21.05 131.13 6 108.50 0.20 0.12 2.93 111.74 8 108.50 0.06 0.04 0.72 109.32 10 108.50 0.03 0.02 0.24 108.78 Potencia de la electrobomba: Dc (pulg) Q (m3/s)  HDT (m) POTENCIA (HP) 3 0.01065 85 198.83 32.78 4 0.01065 85 131.13 21.62 6 0.01065 85 111.74 18.42 8 0.01065 85 109.32 18.02 10 0.01065 85 108.78 17.93 𝑃𝑜𝑡 = 𝑄𝑏𝛾𝐻𝐷𝑇 76𝜂 HDT = HG + Dhs +Dhi HG = 108.5 m.
  • 43. TRAMO I Línea de impulsión: Línea de succión:
  • 44. TRAMO I 2. COSTO DE TUBERIA Longitud de tubería: 1213 m. Costo por ml. de tubería: Dc (pulg) $/ml L (m) Cost Tot ($) 3 8.25 1213 10007.25 4 13.45 1213 16314.85 6 24.34 1213 29524.42 8 30.21 1213 36644.73 10 38.47 1213 46664.11 Dc (pulg) POTENCIA (HP) Pot i n i C En 3 32.78 39.34 10 10 96428.73 4 21.62 25.94 10 10 63595.50 6 18.42 22.11 10 10 54191.03 8 18.02 21.63 10 10 53017.86 10 17.93 21.52 10 10 52757.57 3. COSTO DE ENERGIA 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 = 0.746 𝑃𝑜𝑡𝑖 365 𝐻𝑏𝐶𝑢 1 + 𝑖 𝑛 − 1 𝑖 1 + 𝑖 𝑛 Pot i = 1.2 Pot. Bomba Hb = 18 Horas Cu = 0.0814 $/Kw-h i = 10 n = 10 años
  • 45. EJEMPLO 3 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 0 2 4 6 8 10 12 COSTO ($) Diametro (pulg) CT, CE, CTT VS DIAMETRO CT CE CTT CE + CT CE+CT+CEN D CE CT CEN CTT CTT1 3 15065.3 10007.2 96428.73 25072.5 121501.23 4 9733.8 16314.8 63595.50 26048.6 89644.1 6 9405.4 29524.4 54191.03 38929.8 93120.83 8 9405.4 36644.7 53017.86 46050.1 99067.96 10 9405.4 46664.1 52757.57 56069.5 108827.07
  • 46. TRAMO I Verficando velocidad de Impulsion: 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 𝑉 = 2.34 𝑚/𝑠 Velocidad mayor a 1 m/s Diametro de succion “Ds” = 4” 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 𝑉 = 1.31 𝑚 𝑠 𝑁𝑜 𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 Diametro de succion “Ds” = 6” 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 𝑉 = 0.58 𝑚/𝑠 Cumple
  • 47. EJEMPLO 3 CE + CT CE+CT+CEN D CE CT CEN CTT CTT1 3 15065.3 10007.2 96428.73 25072.5 121501.23 4 9733.8 16314.8 63595.50 26048.6 89644.1 6 9405.4 29524.4 54191.03 38929.8 93120.83 8 9405.4 36644.7 53017.86 46050.1 99067.96 10 9405.4 46664.1 52757.57 56069.5 108827.07 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 0 2 4 6 8 10 12 Costo ($) Diametro (pulg) CT, CE, CEN VS DIAMETRO CEN CT CE
  • 48. TRAMO I Verficando velocidad de Impulsion: 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 𝑉 = 1.31 𝑚/𝑠 Velocidad mayor a 1 m/s Diametro de succion “Ds” = 6” 𝑉 = 4𝑄𝑏 𝜋𝐷2 𝑉 = 0.58 𝑚/𝑠 Cumple