GUÍAS PARA EL DISEÑO DE ESTACIONES DE …

1 GU AS PARA EL DISE O DE ESTACIONES DE BOMBEO DE agua POTABLE Lima, 2005 OPS/ UNATSABAR - 2 - Tabla de contenido P gina 1. Objetivo .. 3 2. Requisitos previos .. 3 3. ESTACIONES de bombeo .. 3 Elementos de las ESTACIONES de bombeo .. 3 Ubicaci n de la estaci n de bombeo .. 4 Capacidad de la estaci n de bombeo .. 4 Periodo de bombeo .. 4 Tipo de abastecimiento .. 5 Carga din mica o altura manom trica total .. 6 Carga de succi n .. 6 Carga de impulsi n .. 8 Potencia del equipo de bombeo .. 11 N mero de unidades de bombeo .. 12 Tipos de bombas .. 12 Bombas centr fugas horizontales .. 12 Bombas centr fugas verticales .. 14 Bombas sumergibles .. 15 Motores .. 17 Selecci n de bombas centr fugas.

2 21 Datos requeridos para seleccionar bombas centr fugas .. 21 Determinaci n de la curva del sistema .. 23 Curvas caracter sticas de bombas centr fugas .. 23 Relaciones y caracter sticas de l s bombas centr fugas .. 23 Determinaci n de la bomba .. 25 Cisterna de bombeo .. 26 Condiciones y direcci n del flujo .. 27 Entrada de aire y v rtices .. 28 Dimensiones de la cisterna .. 28 Preservaci n de la calidad del agua .. 31 Caseta de bombeo .. 32 Tuber as y accesorios de succi n .. 34 Tuber as y accesorios de impulsi n .. 37 4. Referencias .. 39 OPS/ UNATSABAR - 3 - Gu as para el dise o de ESTACIONES de bombeo de agua potable 1. Objetivo El presente documento tiene como objetivo fijar par metros y establecer criterios, que sirvan como gu a para dise ar ESTACIONES de bombeo de agua potable para poblaciones rurales hasta 2000 habitantes.

3 2. Requisitos previos Para dise ar una estaci n de bombeo de agua potable, previamente se deben conocer los siguientes aspectos: - Fuente de abastecimiento de agua : superficial (cisterna de agua ) o subterr nea (pozo perforado). - Lugar a donde se impulsar el agua : reservorio de almacenamiento o la red de distribuci n. - Consumo de agua potable de la poblaci n y sus variaciones. - Poblaci n beneficiada por el proyecto: actual y futura. - Caracter sticas geol gicas y tipo de suelo del rea de emplazamiento de la c mara de bombeo. - Nivel de conocimiento de la poblaci n de operara el sistema. 3. ESTACIONES de bombeo Las ESTACIONES de bombeo son un conjunto de estructuras civiles, equipos, tuber as y accesorios, que toman el agua directa o indirectamente de la fuente de abastecimiento y la impulsan a un reservorio de almacenamiento o directamente a la red de distribuci n.

4 Elementos de las ESTACIONES de bombeo Los componentes b sicos de una estaci n de bombeo de agua potable son los siguientes: - Caseta de bombeo. - Cisterna de bombeo. - Equipo de bombeo. - Grupo generador de energ a y fuerza motriz. - Tuber a de succi n. - Tuber a de impulsi n. - V lvulas de regulaci n y control. - Equipos para cloraci n. - Interruptores de m ximo y m nimo nivel. - Tableros de protecci n y control el ctrico. - Sistema de ventilaci n, natural o mediante equipos. - rea para el personal de operaci n. - Cerco de protecci n para la caseta de bombeo. OPS/ UNATSABAR - 4 - La figura 1 muestra un esquema t pico de una caseta de bombeo empleado en el rea rural, constituido por bombas centrifugas de eje horizontal. Sin embargo, esta configuraci n puede variar de acuerdo a las condiciones particulares de cada proyecto.

5 Ubicaci n de la estaci n de bombeo La ubicaci n de la estaci n de bombeo debe ser seleccionada de tal manera que permita un funcionamiento seguro y continuo, para lo cual se tendr en cuenta los siguientes factores: - F cil acceso en las etapas de construcci n, operaci n y mantenimiento. - Protecci n de la calidad del agua de fuentes contaminantes. - Protecci n de inundaciones, deslizamientos, huaycos y crecidas de r os. - Eficiencia hidr ulica del sistema de impulsi n o distribuci n. - Disponibilidad de energ a el ctrica, de combusti n u otro tipo. - Topograf a del terreno. - Caracter sticas de los suelos. Capacidad de la estaci n de bombeo La determinaci n del caudal de bombeo debe realizarse sobre la base de la concepci n b sica del sistema de abastecimiento, de las etapas para la implementaci n de las obras y del r gimen de operaci n previsto para la estaci n de bombeo.

6 Los factores a considerar son los siguientes: Periodo de bombeo El n mero de horas de bombeo y el n mero de arranques en un d a, depende del rendimiento de la fuente, el consumo de agua , la disponibilidad de energ a y el costo de operaci n. Por razones econ micas y operativas, es conveniente adoptar un periodo de bombeo de ocho horas diarias, que ser n distribuidas en el horario m s ventajoso. En situaciones excepcionales se adoptar un periodo mayor, pero considerando un m ximo de 12 horas. OPS/ UNATSABAR - 5 - Figura 1. Esquema t pico de una estaci n de bombeo. Tipo de abastecimiento Se deben considerar dos casos: - Cuando el sistema de abastecimiento de agua incluye reservorio de almacenamiento posterior a la estaci n de bombeo; la capacidad de la tuber a de succi n (si corresponde), equipo de bombeo y tuber a de impulsi n deben ser calculadas con base en el caudal m ximo diario y el n mero de horas de bombeo.

7 OPS/ UNATSABAR - 6 - Donde: Qb = Caudal de bombeo, l/s. = Caudal m ximo diario, l/s. N = N mero de horas de bombeo. - Cuando el sistema de abastecimiento de agua no incluye reservorio de almacenamiento posterior a la estaci n de bombeo, la capacidad del sistema de bombeo debe ser calculada en base al caudal m ximo horario y las p rdidas en la red distribuci n. Carga din mica o altura manom trica total La altura din mica puede ser definida como el incremento total de la carga del flujo a trav s de la bomba. Es la suma de la carga de succi n m s la carga de impulsi n: HiHsHb++++==== Donde: Hb = Altura din mica o altura de bombeo, m. Hs = Carga de succi n, m. Hi = Carga de impulsi n, m.

8 Carga de succi n (Hs) Viene dado por la diferencia de elevaci n entre el eje de la bomba y el nivel m nimo del agua en la fuente o captaci n, afectado por la perdida de carga en el lado de la succi n. hshsHs ++++==== Donde: Hs = Altura de succi n, esto es, altura del eje de la bomba sobre el nivel inferior del agua , m. hs = P rdida de carga en las succi n, m. Debe considerarse que la carga de succi n est limitada por la carga neta de succi n positiva (NPSH), adem s, que debe existir un sumergimiento m nimo de la tuber a de succi n en el agua . a) Carga neta de succi n positiva (NPSH) Cuando el agua fluye a trav s de la bomba, la presi n en la entrada y en la tuber a de succi n tiende a disminuir debido a las altas velocidades del flujo.

9 Si la reducci n va OPS/ UNATSABAR - 7 - m s all de la presi n de vapor del agua , se producir la vaporizaci n y se formar n burbujas de vapor en el seno del l quido. Estas burbujas son transportadas por l l quido hasta llegar a una regi n de mayor presi n, donde el vapor regresa al estado l quido de manera s bita, "aplast ndose" bruscamente las burbujas. Este fen meno se llama cavitaci n. La cavitaci n se produce principalmente en los alabes del impulsor de la bomba, donde las fuerzas ejercidas por el l quido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, erosionando su superficie y causando esfuerzos que pueden originar su destrucci n. El fen meno generalmente va acompa ado de ruido y vibraciones, dando la impresi n de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la m quina.

10 La cavitaci n adem s de producir da os f sicos y ruidos molestos, puede llegar a reducir de manera considerable el caudal y rendimiento de la bomba. La carga neta de succi n positiva es la diferencia entre la presi n existente a la entrada de la bomba y la presi n del vapor del l quido que se bombea. Esta diferencia es la necesaria para evitar la cavitaci n. En el dise o de bombas destacan dos valores de NPSH, el NPSH disponible y el NPSH requerido. El NPSH requerido es funci n del dise o de f brica de la bomba, su valor, determinado experimentalmente, es proporcionado por el fabricante. El NPSH requerido corresponde a la carga m nima que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Se basa en una elevaci n de referencia, generalmente considerada como el eje del rodete.