16

7/21/2019 16

http://slidepdf.com/reader/full/165695d0c31a28ab9b0293c38a 1/116

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

MÉXICO, D.F. 2012

TESIS PROFESIONAL QUEPARA OBTENER EL TITULODE INGENIERO MECÁNICOP R E S E N T A

VÍCTOR OROPEZA JIMÉNEZ

ASESOR:ING. FELIPE GARCÍA EGUILUZ

DISEÑO, CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO DE BOMBEOPARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA DE POZO PROFUNDO EN ELMUNICIPIO DE ZIMAPÁN, ESTADO DE HIDALGO

7/21/2019 16


7/21/2019 16


Acto que dedico:

A mi madre Gloria Jiménez Arellanes, una gran luchadora… quien con su amor, su

consejo y esfuerzo incondicional, h izo que esto fuera posible. Sabiendo que este logro nosólo es mío sino tuyo mamá, te estaréeternamente agr adecido, Te Amo.

A mi hermano Luis Oropeza Jiménez, un gran amigo… quien con su carácter y

actitud, ha creído f ielmente en mí y que junto conmigo ha valorado todo lo que ha hechomi madre por ambos.

A Yolotzin Nallely Pérez Quijano, una gran compañera… quien con su apoyo,cariño, y amor i ni gualable, me ha moti vado para segui r adelante. Agradezco todo lo quehas hecho por mí y comparto este logro conti go. Muchas gracias amor.

A toda la familia Jiménez Arellanes, tíos y primos… por creer siempre en mí y darme

sabios consejos para poder formarme como hombre de bien.

7/21/2019 16


AGRADECIMIENTOS

Un agradecimiento especial al Instituto Politécnico Nacional, por haber permitidoformarme profesionalmente dentro de una de las mejores escuelas del país; la EscuelaSuperior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Azcapotzalco, a la que tambiénagradezco fraternalmente; ingenieros profesores y compañeros de aula, quienes de ellosaprendí mucho.

Al Ing. Felipe García Eguiluz, por su gran apoyo, asesoría, interés, tiempo y apoyo pararealizar este trabajo. A los integrantes del Jurado; M. en C. José Agustín Rodríguez Pérez,Ing. Juan Antonio Prieto García e Ing. Ricardo Gallardo Álvarez, por haber hecho que estetrabajo se consolidara con sus instruidas recomendaciones.

A mis compañeros de clase, en especial al Ing. Jorge Morales Hernández e Ing. OscarOcaña, quienes también son parte de la realización de este trabajo y que sin sus ideas,ayuda, participación y dedicación, no fuera esto posible.

A todas y cada una de esas personas que he conocido durante mi vida. Personas queinfluyeron mucho en mi vida personal y laboral para formarme profesionalmente, que a pesar de no conocerme del todo bien, me hablaron de sus experiencias de las cuales heaprendido mucho y gracias a ellas he salido adelante.

7/21/2019 16


INDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. VIII

OBJETIVO ........................................................................................................................... IX

JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................. X

RESUMEN ........................................................................................................................... XI

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES .................................................................................... 12

1.1 LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE PROYECTO .................................................... 12

1.2 GEOLOGÌA E HIDROLOGÌA DE LA REGIÓN DE ZIMAPÀN ............................ 13

1.2.1 GEOLOGÍA ........................................................................................................ 13

1.2.2 HIDROGEOLOGÍA ............................................................................................ 13

1.3 PROBLEMÁTICA DEL SUMINISTRO DE AGUA POTABLE ............................ 14

1.3.1 POZO EL MUHÍ ................................................................................................ 14

1.4 OBRAS DE CAPTACIÒN ........................................................................................ 15

1.5 ESTACIONES DE BOMBEO .................................................................................. 16

1.5.1 ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA ESTACIÓN DE BOMBEO ....... 16

1.5.2 ESTACIÓN DE BOMBEO DE POZO PROFUNDO ........................................ 18

1.5.2.1 Diámetro Libre del Ademe .......................................................................... 18

1.5.2.2 Profundidad Total del Pozo ......................................................................... 18

1.5.2.3 Gasto de Explotación .................................................................................... 19

1.5.2.4 Nivel Estático .............................................................................................. 19

1.5.2.5 Nivel Dinámico ........................................................................................... 19

1.6 TIPOS DE BOMBAS EN SISTEMAS DE AGUA POTABLE ................................ 19

1.7 SISTEMA DE TUBERÍAS ........................................................................................ 19

1.7.1 SELECCIÓN DE ACUERDO A SUS PROPIEDADES MECÁNICAS ........... 19

1.7.2 TUBERÍA DE SUCCIÓN .................................................................................. 20

1.7.3 TUBERÍAS DE DESCARGA ............................................................................ 20

1.8 VÁLVULAS .............................................................................................................. 21

1.8.1 CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS ........................................................ 21

1.9 PIEZAS ESPECIALES ............................................................................................. 22

1.10 POTENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO ............................................................ 23

1.10.1 POTENCIA DEL MOTOR A LA SALIDA .................................................... 23

1.10.2 CORRIENTE DE ARRANQUE ...................................................................... 24

1.11 DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE CONTROL ................................................... 24

7/21/2019 16


CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ................................................................... 25

2.1 POZOS PROFUNDOS .............................................................................................. 25

2.1.1 CARACTERISTICAS TÉCNICAS DE LOS POZOS PROFUNDOS ............... 26

2.2 BOMBAS DE EJE VERTICAL ................................................................................ 26

2.2.1 Bombas Centrifugas Verticales Sumergidas ................................................. 27

2.2.2 Bombas Verticales de Turbina ........................................................................... 27

2.2.3 Bombas Verticales de Turbina de Hélice ........................................................... 27

2.2.4 Bombas Verticales de Funcionamiento en Seco................................................. 28

2.3 BOMBAS DE TURBINA DE EJE VERTICAL ...................................................... 28

2.3.1 APLICACIÓN DE BOMBAS DE TURBINA DE EJE VERTICAL .............. 29

2.3.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ................................................................... 31

2.3.3 CONDICIONES DE OPERACIÓN. .................................................................. 33

2.4 COLUMNA DE UNA BOMBA ............................................................................... 33

2.5 CAPACIDAD DE UNA BOMBA ............................................................................ 34

2.5.1 CÁLCULO DE LA CARGA DE BOMBEO ...................................................... 34

2.5.1.1 Carga Dinámica Total de una Bomba .......................................................... 34

2.5.1.2 Altura Desarrollada por una Bomba. ........................................................... 37

2.6 ANÁLISIS CARGA NETA POSITIVA EN LA SUCCIÓN ( NPSH ) ...................... 37

2.6.1 NPSH REQUERIDO .......................................................................................... 37

2.6.2 NPSH DISPONIBLE .......................................................................................... 38

2.6.3 CAVITACIÓN ................................................................................................... 40

2.7 RENDIMIENTO DE UNA BOMBA ........................................................................ 40

2.8 SELECCIÓN DE BOMBAS ..................................................................................... 41

2.9 CURVA DE LAS BOMBAS ................................................................................... 42

2.10 CURVA DE FRICCIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO ................................. 43

2.11 PUNTO DE OPERACIÓN EN BOMBAS ............................................................. 44

2.12 FACTORES DE SELECCIÓN DE BOMBAS. ...................................................... 45

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DEL SISTEMA ....................................................................... 46

3.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 46

3.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACION FUTURA ..................................................... 47

3.3 CONSUMO POR HABITANTE .............................................................................. 47

3.4 DETERMINACIÓN DE CAUDALES ..................................................................... 48

3.5 CÁLCULO HIDRÁULICO DEL SISTEMA ........................................................... 50

3.5.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA ................................................ 52

7/21/2019 16


3.5.2 TRAZO DE LA CURVA DEL SISTEMA ........................................................ 56

CAPÍTULO 4. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS. .............................................................. 58

4.1 CÁLCULO DE CARGA POR PASO Y NÚMERO DE PASOS. ............................ 58

4.2 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO ............................................................ 64

4.2.1 PUNTO DE OPERACION DEL SISTEMA ...................................................... 64

4.3 SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES PARA EL SISTEMA DE BOMBEO .... 65

4.3.1 ELEMENTO MOTRIZ ...................................................................................... 65

4.3.2 CABEZAL DE DESCARGA ............................................................................. 67

4.3.3 COLUMNA Y FLECHA DE LA BOMBA ....................................................... 68

4.3.4 ENSAMBLE DE TAZONES ............................................................................. 69

4.3.5 VÁLVULA DE PIE ........................................................................................... 70

4.3.6 VÁLVULAS Y ACCESORIOS ......................................................................... 71

4.4 CONSIDERACIONES PARA MONTAJE DEL EQUIPO DE BOMBEO ............... 72

4.4.1 INSTALACION ................................................................................................. 74

4.4.1.1 Cronograma de Actividades ......................................................................... 74

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE COSTOS ........................................................................... 76

5.1 VIABILIDADES ....................................................................................................... 76

5.1.1 VIABILIDAD TÉCNICA .................................................................................. 76

5.1.2 VIABILIDAD ECONÓMICA ........................................................................... 76

5.1.2.1 Criterios de Evaluación del Proyecto. ......................................................... 76

5.1.2.2 Inversión Inicial ........................................................................................... 77

5.1.2.3 Tiempo de Evaluación del Proyecto ............................................................. 80

5.1.2.4 Ingresos y Egresos Estimados para el Proyecto .......................................... 81

5.1.2.5 Evaluación Económica del Proyecto ........................................................... 82

CONCLUSIONES ................................................................................................................ 83

A N E X O S ......................................................................................................................... 84

REFERENCIAS ................................................................................................................. 115

7/21/2019 16


VIII

INTRODUCCIÓN

El agua es el componente fundamental de toda materia viva y un elemento indispensable para el bienestar social y el desarrollo económico del país. Es un recurso limitado que debecuidarse y optimizarse. Es por esto que las poblaciones a lo largo de la historia se hanasentado cerca de cuerpos de agua superficiales, que les permita desarrollar suscomunidades. El hecho de abastecer agua potable involucra la extracción de agua del mantofreático y la construcción de infraestructura con una vida útil que generalmente se extiende por varias generaciones.

El suministro de agua para consumo humano debe garantizarse tanto en cantidad comoen calidad, de acuerdo con las necesidades de la población. Es necesario instalar unaestación de bombeo para mantener una presión adecuada a lo largo de todo el sistema dedistribución. En donde también se pueden instalar válvulas y equipos de medición a lolargo del sistema de distribución para realizar controles.

El contar con un abastecimiento de agua potable es una de las necesidades básicas que sedebe cubrir para el óptimo desarrollo de las personas, ya que esta se emplea para consumohumano, aseo personal y limpieza en general.

El problema del abastecimiento de agua dentro de la región de Zimapán ha generado porvarios años el bajo volumen de agua potable, debido a problemas de contaminación delagua, por tal motivo se clausuraron varios pozos que suministraban el servicio de agua a laregión. Considerando lo anterior se tienen constantes reclamaciones de pobladoresinconformes con el servicio de suministro de agua. El Gobierno Federal mediante uncomunicado de prensa que establece que la Comisión Nacional del Agua, garantizará la

inversión de 41.5 mdp para abastecer agua potable de calidad al municipio y así,solucionar el problema de la escasez de infraestructura de recursos hidráulicos. Por ello se propone este proyecto para diseñar un sistema de bombeo que abastezca agua potable a la población de Zimapán, ya que con este servicio la población podrá ocupar el tiempo yesfuerzo para desempeñar diferentes actividades de cualquier índole para mejorar sucalidad de vida, debido al tiempo que es empleado para transportar agua desde losriachuelos y pozos no tan cercanos a la población; resultado de la restricción de laextracción del líquido, a causa del alto contenido de Arsénico en el agua, provocando así,una infraestructura hidráulica insuficiente en el Municipio.

En México se calcula aproximadamente con un gasto promedio por habitante de entre

150 y 200 litros de agua potable al día, aunque se consumen como bebida tan sólo entre 2 y3 litros. De acuerdo con estos datos se estimará el consumo de agua para cada habitante delMunicipio de Zimapán.

Este proyecto se realizará utilizando el sistema internacional de unidades.

7/21/2019 16


IX

OBJETIVO

Calcular y diseñar un sistema de bombeo empleando bombas centrifugasverticales seleccionadas óptimamente, para la extracción de agua en un pozo profundo ubicado en la comunidad de Zimapán, Estado de Hidalgo, para usodoméstico e industrial. Que constituya la propuesta para solucionar el problema dela infraestructura hidráulica en la región.

7/21/2019 16


X

JUSTIFICACIÓN

Debido a la clausura del Pozo IV, el Muhí, por contener altos niveles de Arsénico enaños pasados, ha originado el problema del abastecimiento de agua potable a la comunidadde Zimapán, además de no contar con un sistema que abastezca y potabilice el agua. Estolleva consigo la escasez de éste recurso y la dificultad de poder obtenerla de una maneraaccesible. Es por eso que surge la necesidad de incrementar la infraestructura hidráulica deZimapán, por ello se propone la creación de un sistema hidráulico que abastezca desde elPozo IV a un depósito, que posteriormente será llevado a un sistema de tratamiento para su potabilización. Para tal efecto se seleccionará el equipo de bombeo para las condicionesóptimas y un funcionamiento eficiente para su ejercicio.

7/21/2019 16


XI

RESUMEN

El agua es un recurso limitado y necesario para el consumo humano, ya que se utiliza para distintos fines, es por ello que el abastecimiento de agua potable implica la extraccióndesde mantos acuíferos mediante obras de captación por medio de una infraestructura quegarantice la calidad y cantidad requeridas por los habitantes de una población.

El presente trabajo hace referencia al desarrollo de un sistema de bombeo, con el fin de proponer el avance de la infraestructura hidráulica dentro de la región de Zimapán y así poder satisfacer sus necesidades, es por ello que en primera estancia se da a conocer laubicación del lugar, mencionando brevemente las características geologías e hidrológicasdel lugar, características de los pozos en la cercanías de la región y los problemas queenfrenta la población al no contar con el servicio de agua potable.

El desarrollo pleno del proyecto de Zimapán, está centrada a partir del primer capítulodonde, en primer lugar, se enfoca a las partes que componen una planta de bombeo como esel caso de los elementos que la constituyen, tipos de bombas, tuberías, válvulas,dispositivos de control empleados en este tipo de sistemas. Posteriormente se hace menciónreferente a instalaciones eléctricas que conlleva a un sistema de bombeo, características detuberías y su clasificación, es necesario saber y el conocer qué tipo de bomba y materialesse utilizarán. Los fundamentos teóricos están expuestos dentro del segundo capítulo, comoes el caso de las características de pozos profundos, que lleva consigo, el uso de bombas

verticales para su moderada explotación, por lo que también, se hace mención a lascaracterísticas técnicas de estas máquinas.

Empleando las tablas y ecuaciones de ingeniería que se presentan en los anexos de estetrabajo (junto con planos del proyecto y algunas especificaciones para la elaboración de proyectos de agua potable), comienza la elaboración del proyecto donde se realizan todoslos cálculos para determinar las variables necesarias que en base a los resultados; continuarcon la selección de equipo, las partes y especificaciones las cuales componen a lainstalación de la bomba, esto se presenta dentro del capítulo tres y cuatrocorrespondientemente.

Finalmente es importante determinar que este tipo de proyectos sean viablestécnicamente y económicamente y este proyecto no es la excepción, así que, dentro delcapítulo cinco, se analiza de una forma simple la viabilidad económica del mismo.

7/21/2019 16


Diseño, Cálculo y Selección de Equipo de Bombeo para la Extracción de Agua de Pozo Profundoen el Municipio de Zimapán, Estado de Hidalgo

12

CAPÍTULO 1. GENERALIDADES

El objetivo de este capítulo es el introducir lo relacionado a la localización del lugar enla cual se propone la realización de este proyecto, junto con aspectos geográficos en el cualse pretende construir la planta de bombeo. Así mismo, se expone definiciones sobre todoslos elementos que componen una planta de bombeo y las especificaciones que deben teneréstas.

1.1 LOCALIZACIÓN DEL ÁREA DE PROYECTO

El Municipio de Zimapán ( Fig. 1.1) es una localidad del Estado de Hidalgo que se sitúaen la región central de la República Mexicana. Se localiza a 144 kilómetros de Pachuca,entre los paralelos 20° 44´ de latitud norte y 99° 23´ de longitud oeste, a una altura de 1,780

metros sobre el nivel del mar.Limita al norte con los municipios de Pacula y Jacala; al sur con los de Tecozautla y

Tasquillo; al este con los de Nicolás Flores e Ixmiquilpan y al oeste con el Estado deQuerétaro. Sus principales comunidades son: Xaha, Aguas Blancas, Xitha, el Cerrote,Morelos, Encarnación y Durango.

Fig. 1.1 Localización de Zimapán, Estado de Hidalgo, México

El Municipio de Zimapán cuenta con una población aproximada de 37, 500 habitantes(INEGI, 2010) [17], 32 % se concentra en la cabecera municipal, 5% en la zona conurbana yel 19% en los alrededores de ésta; en este municipio las principales fuentes de suministrode agua potable son de pozos profundos, sin embargo también se abastecen de manantialesy norias [19].

7/21/2019 16



13

1.2 GEOLOGÌA E HIDROLOGÌA DE LA REGIÓN DE ZIMAPÀN

El conocimiento geológico de la región de Zimapán proporciona información importanteacerca de las diferentes formaciones geológicas que la constituyen, sus interrelaciones,

composición mineralógica, entre otras. La hidrología por otra parte proporcionainformación relevante acerca de la localización, flujos y dirección del agua superficial ysubterránea; la geología e hidrología, relacionados entre sí proporcionan información devital importancia que deber ser considerada para determinar las propiedades requeridas parala extracción de agua dentro de la región [1].

1.2.1 GEOLOGÍA

La región de Zimapán se encuentra en los límites de la provincias fisiográficas de laSierra Madre Oriental y del Eje Volcánico Transmexicano (EVT), por lo que el relieve que

se observa en esta zona, está relacionado al tipo de roca y a los procesos endógenos yexógenos que han actuado en la región, provocando que la mayor parte del relieve estecontrolado por pliegues con una orientación preferencial noroeste-sureste formando unaserie de sierras altas y alargadas [19].

1.2.2 HIDROGEOLOGÍA

Dentro de su hidrología, podemos mencionar que cuenta con acuíferos, los cuales sonlos más importantes, ya que presentan flujos de extracción de agua de 10 – 20 L/s en pozosque tienen profundidades de 100 – 180m; estos se encuentran en las formacionesTamaulipas, Zimapán II, Zimapán V, Batallón y El Muhí.

Al igual cuenta con acuíferos pobres con una producción muy irregular y caudalesgeneralmente bajos; las profundidades de los pozos es este sistema son de 100 a 130 m y se puede mencionar el Pozo San Pedro en el barrio de Venustiano Carranza.

Los pozos II, V se encuentran al norte de la cabecera municipal de Zimapán, el pozo IItiene una profundidad aproximada de 120 m y proporciona 10 L/s durante 2 horas detrabajo diario, el pozo V por su parte, tiene una profundidad de 130 m y proporciona uncaudal de 13 L/s por 5 horas de trabajo diario; el pozo III se localiza en el Barrio de TierraColorada, tiene una profundidad de 3 a 4 m y una producción de 10 l/s por 8 horas detrabajo diario; el pozo IV esta en el Muhí, tiene una profundidad de 180 m, y presenta unvolumen de producción de 20 L/s durante 8 horas de trabajo por día; finalmente el pozo VIen Venustiano Carranza con una profundidad de 130 m, presenta una producción de 8 a10L/s durante 2 horas de trabajo al día. Estos datos fueron tomados de un trabajo elaborado para el estudio de los niveles de Arsénico en aguas subterráneas de pozos y sedimentos delagua potable de Zimapán, Hidalgo; de Fidel Pérez Moreno [1].

Dentro de las corrientes pluviales más importantes en el municipio destacan los ríos;Tula, el Amajac y el Metztitlán. El río Tula al unirse al río San Juan, toma el nombre de

7/21/2019 16



14

Moctezuma, que es el límite natural con el Estado de Querétaro, por la parte oeste delMunicipio. Posteriormente entra en el Estado de San Luis Potosí y forma el río Pánuco.

El flujo del agua superficial es de tipo dendrítico y descienden desde las partes altas condirección noroeste – suroeste, para alimentar al rio Tolimán, que fluye en dirección norte ydesemboca finalmente en el rio Moctezuma, mientras que, las corrientes de aguasubterránea del acuífero profundo parecen tener una dirección contraria a la del aguasuperficial, debido a que los niveles estáticos medidos de los pozos asociados a rocascarbonatadas indican que el agua fluye en dirección noroeste – suroeste, ocasionando altosvolúmenes de extracción [1].

1.3 PROBLEMÁTICA DEL SUMINISTRO DE AGUA POTABLE

En el año de 1998, después de varios estudios del agua en la región de Zimapán, laGerencia Estatal en el Estado de Hidalgo decidió cerrar el pozo IV por contener altosniveles de Arsénico (As), era uno de los pozos que aportaba el mayor volumen de agua a la

población (40 lps), disminuyendo el volumen de agua suministrado a los habitantes hastaen un 50%, esto ha provocado que los habitantes pierdan tiempo en transportar el aguadesde riachuelos o pozos no tan cercanos a sus hogares y así poder abastecerse del liquidovital.

Después de haber ocurrido una serie de incidentes en la Ciudad de México debido al problema de abastecimiento del liquido vital, en un Comunicado de Prensa publicado el 17de Febrero de 2011 por parte de Comisión Nacional del Agua (CONAGUA, No.038-11),menciona; que en breve se iniciará la construcción de diversas obras de infraestructurahidráulica para que los habitantes de la cabecera Municipal y zona conurbana de Zimapán,cuenten con el servicio de agua potable en cantidad y calidad suficiente y así eliminar el

riesgo de padecer problemas de salud como diabetes y cáncer [18].

Con el propósito de beneficiar a los habitantes de la región y resolver de manera permanente el problema de abasto de agua, se propone el siguiente proyecto para laextracción de agua de pozo profundo mediante bombas verticales del tipo turbina paradicho fin. Posteriormente se mencionará el porqué del uso de este tipo de bombas.

1.3.1 POZO EL MUHÍ

Como se ha citado, el Pozo IV conocido como El Muhí, llamado así; debido a que se

localiza dentro de una localidad que lleva el mismo nombre, el cual es un pueblo perteneciente al municipio de Zimapán, en el estado de Hidalgo.

Dentro de lo que puede mencionarse al respecto de éste Pozo, es que está situada a 1,820metros de altitud sobre el nivel del Mar, sus coordenadas geográficas son longitud: 20º 44'19'', latitud:-99º 21' 33'' [19]. Como se ha citado anteriormente, cuenta con profundidad totalde 180 m, con un volumen de producción de 20 lps y un diámetro interior de ademe de 6.5 pulgadas (0.165 m).

7/21/2019 16



15

Las características del Pozo el Muhí al igual que otros pozos profundos son las mismas;como obra de captación de un acuífero, está constituido por la rejilla de captación, elcentralizador, una tubería de revestimiento, una empaquetadura de grava. La Fig. 1.2,muestra éstos y algunos elementos característicos de este tipo de pozos.

La empaquetadura de grava es un material granular que apropiadamente seleccionado, secoloca alrededor del área de captación del pozo, formando un anillo concéntrico a sualrededor.

Fig. 1.2. Elementos característicos de un pozo profundo [2].

El pozo el Muhí como obra de captación, debe entenderse que se refiere con estetérmino, por lo cual se expone a continuación.

1.4 OBRAS DE CAPTACIÒN

Las obras de captación son el conjunto de estructuras y/o dispositivos que permiten elaprovechamiento y explotación racional del agua de una fuente determinada en una formasegura y sin pérdida de las condiciones hidrológicas, geológicas y ecológicas en losalrededores, acuíferos o aguas debajo de la obra de captación.

El tipo de obra de captación dependerá del tipo de fuente, condiciones morfológicas delárea de captación, régimen hidráulico, cantidad y calidad de agua. Dentro del tipo de obrasde captación se clasifican en:

7/21/2019 16


7/21/2019 16



17

Arrancadores.Controladores.Subestación.Equipos de medición.

Obras Civiles:

Pozos.Cárcamos.Patio de maniobras.

La cimentación de la bomba y motor deberá ser especial, debido a que ésta, deberá poseer en el área de desplante y en forma lateral, entre la placa inferior de concreto y elelemento que soporta la bomba o el motor, un material que tenga la propiedad de

amortiguar las vibraciones que se producen con el funcionamiento de estos elementos.Obras Complementarias:

Grúas puente en su caso.Alumbrado exterior.Alumbrado Interior.

Algunas estaciones de bombeo, requieren la presencia de una planta de emergencia. Enla estación de bombeo de este tipo debe considerarse los espacios suficientes y lascomponentes que debe cumplir con la función de planta de emergencia, como son; agua de

enfriamiento, abastecimiento de combustible, etc. Para estas condiciones, las plantas deemergencia deberán de contar con la instalación eléctrica necesaria del interruptor detransferencia cuya misión es conectar el sistema eléctrico de la planta de emergencia a lasinstalaciones de bombeo cuando falle la alimentación eléctrica.

Ciertas estaciones de bombeo para agua potable requieren también de una planta deemergencia. En todo caso, su presencia será objeto del proyecto y de acuerdo con lasnecesidades del mismo. Para caso nuestro no será conveniente el uso de planta deemergencia debido a la operación del sistema, más adelante se explica dicha operación. Engeneral, las estaciones de bombeo, se distinguen los siguientes grupos:

Estación de bombeo de pozo profundo.Estación de bombeo o rebombeo en cárcamos.Estación de bombeo de aguas negras.Cárcamo seco o cárcamo húmedo.

Las anteriores estaciones, para su proyecto, deberán considerar varios o todos lossiguientes aspectos:

7/21/2019 16



18

1. Números de bombas y sus gastos.2. Determinaciones del diámetro de las piezas especiales.3. Croquis de la localización de piezas necesarias.4.

Perdidas de carga en las piezas especiales.

5.

Carga total probable.6. Selección de la bomba de acuerdo con los datos.7. Trazo de la curva del sistema sobre la curva característica de la bomba seleccionada

y determinación de los gastos y carga totales reales.8. Determinación de la capacidad y dimensiones de los interruptores, arrancadores,

sistemas de control.9.

Capacidad de los medios motrices; motores eléctricos, combustión interna o sistemareductor.

10. Dimensiones finales necesarias.

1.5.2 ESTACIÓN DE BOMBEO DE POZO PROFUNDO

Una estación de bombeo de pozo profundo requiere de datos sobre las características del pozo, ya que tiene una influencia determinante para la selección correcta del equipo de bombeo.

Se requiere por lo tanto, como datos importantes preliminares, los siguientes:

Diámetro Libre del Ademe.Profundidad Total del pozo.Gasto de Explotación.

Nivel Estático. Nivel de Bombeo.

1.5.2.1 Diámetro Libre del Ademe

Las pruebas de verticalidad a que se somete un pozo, permiten conocer el diámetro delademe ya que este diámetro limita el tamaño de la bomba que se puede colocar en él. Eldiámetro exterior del cuerpo de tazones del equipo de bombeo deberá ser por lo menos de5.08 cm menor para que el equipo entre libremente.

1.5.2.2 Profundidad Total del Pozo

Esta permite fijar la suficiente cámara de bombeo para permitir fijar la instalación delequipo. Este conocimiento aunado a la sugerencia que el equipo debe tener, así como lasdimensiones del tubo de succión y colador, permite también la correcta selección delequipo. Es conveniente que la profundidad del pozo este entre 15 y 20 metros más que elnivel de bombeo.

7/21/2019 16



19

1.5.2.3 Gasto de Explotación

Todo pozo debe aforarse antes de fijar el gasto de explotación. El conocimiento de lacurva, gasto-abatimiento fijará el punto más conveniente para la explotación del pozo. Para

la determinación del gasto se acostumbra considerar como gasto máximo del pozo, elobtenido en la curva de aforos en el puto de inflexión y como gasto máximo de explotación,el 90 % del gasto máximo, pudiendo variar en menos este porcentaje, en función del tiempode recuperación de los niveles de bombeo.

1.5.2.4 Nivel Estático

Se conoce como la distancia vertical desde el brocal del pozo al nivel del agua sin operarel equipo.

1.5.2.5 Nivel Dinámico

Es la distancia vertical que existe desde el brocal del pozo al nivel del agua cuando elequipo está en operación.

Con los datos anteriores siempre será conveniente trazar un croquis mostrado las alturas,longitudes y diámetro de las tuberías que componen el sistema. En caso de una estación de pozo profundo es lógico que una bomba sea la responsable de toda la operación [4].

1.6 TIPOS DE BOMBAS EN SISTEMAS DE AGUA POTABLE

Las bombas más frecuentemente usadas en el abastecimiento de agua son las bombas

centrifugas, horizontales y verticales, y las bombas sumergibles. El proyectista de acuerdo alas características del proyecto, seleccionará el tipo de bomba más adecuada a lasnecesidades del mismo.

1.7 SISTEMA DE TUBERÍAS

Por conveniencia, pueden clasificarse las tuberías de bombas en tres categorías principales: succión, descarga y líneas auxiliares. Debido a que en muchas instalaciones lacarga que ha de desarrollarse es principalmente una función de la resistencia de la tubería,es necesario extremo cuidado para elegir las dimensiones y disposición de los tubos.

1.7.1 SELECCIÓN DE ACUERDO A SUS PROPIEDADES MECÁNICAS

Todo fluido a ser conducido por una tubería tiene un material idóneo que soporte sus propiedades de resistencia química bajo las condiciones de presión, temperatura,viscosidad, etc. Todas las compañías manufactureras de tuberías, y de equipos y accesoriosrelacionados con ellas tienen tablas de resistencia química que sugieren materialesadecuados a cada fluido. Es enteramente razonable la designación de un material de tubería

7/21/2019 16



20

idóneo, pero muchas veces se dificulta su uso desde el punto de vista económico. Por lo quedebe haber un compromiso entre la corrosión, erosión y contaminación de producto contrael costo. También se debe tomar en cuenta las propiedades de este material para lassolicitudes bajo los esfuerzos mecánicos que va a recibir, así como las facilidades de

soldadura y montaje. Diferentes pueden ser los puntos de vista y parámetros para clasificarlos materiales de tuberías: comportamiento químico, mecánico, dureza, rugosidad,resistencia a la fatiga, a la vibración, conductividad térmica, entre otros.

1.7.2 TUBERÍA DE SUCCIÓN

Desde el punto de vista de importancia, la tubería de succión probablemente merece másatención que la descarga debido a que pueden presentarse dificultades menos seriasderivadas de las líneas de descarga de dimensiones no adecuadas, que las que pueden producir la tubería de succión. Una NPSH (Carga Neta Positiva en la Succión, por sus

siglas en inglés) insuficiente, inestabilidad hidráulica, conformación de vórtices fuertes queconducen a vibración, ruidos, cavitación y desgaste excesivo de las chumaceras son soloalgunas cuantas de las dificultades que causa una tubería de succión mal diseñada.

Dimensiones de la Tubería

Como regla general, el tubo de succión para cualquier tipo de bomba nunca deberá serde un diámetro menor que la conexión de entrada de la bomba. Si es posible, el tubo de desucción debe ser dos o más tamaños mayores que la conexión de entrada de la bomba, estoasegura menos perdidas de fricción en la columna de la línea de succión.

1.7.3 TUBERÍAS DE DESCARGA

Se han obtenido muchos datos útiles especialmente para bombas verticales, de las pruebas con modelos de varios diseños de admisión. Los canales que guían el agua a las bombas verticales afectan considerablemente el comportamiento de la unidad y suefectividad. Aun cuando las admisiones para instalaciones de una sola bomba sonrelativamente simples, los de varias bombas requieren bastante ingenio en su diseño, particularmente cuando la capacidad en las facilidades existentes se aumenta con lainserción de más bombas en un espacio limitado.

Con bombas verticales, las pérdidas hidráulicas rara vez necesitan considerarse debido aque las velocidades de admisión son bajas. El principal problema a resolver es el de evitarla formación de remolinos y vórtices que alteren el flujo. Esto puede hacerse cambiando eldiseño del canal para eliminar los disturbios o bien aislándolos en áreas donde no hagandaño.

1.7.4 TUBERÍAS DE ACERO

Las tuberías que comúnmente se utilizan para la construcción de líneas de conducciónson acero, fierro galvanizado, fierro fundido, hierro galvanizado, asbesto cemento, PVC,

7/21/2019 16



21

polietileno de alta densidad y cobre. En nuestro caso haremos uso de las tuberías de acero por las características que se describen a continuación.

La tubería de acero se usa en gran cantidad de aplicaciones industriales manejando

fluidos abrasivos y corrosivos. También es utilizada en la construcción en ductos de agua, ydentro de las viviendas para conducción de agua y gas. Algunas de las ventajas de este tipode tuberías son:

Tienen una vida útil prolongada cuando se instala, protege y mantienecorrectamente.Se recomienda su uso cuando se requiera diámetros grandes y presiones elevadas.Material resistente y liviano para cubrir dichas condiciones.

1.8 VÁLVULAS

Las válvulas son dispositivos mecánicos destinados a interrumpir, controlar o regular elmovimiento de un fluido dentro de una conducción a presión.

1.8.1 CLASIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS

La clasificación de las válvulas por el tipo de función es:

1. Válvulas de bloqueo. Permiten aislar parte de un sistema o elemento. En este tipode válvulas se pueden mencionar los siguientes tipos: compuerta, mariposa, aguja yesfera.

2. Válvulas de estrangulamiento. Permiten modificar el caudal de determinadas

partes del sistema, constituyen también válvulas de regulación. Pertenecen a estetipo de válvulas las válvulas tipo globo, que normalmente son comerciales endiámetros pequeños.

3. Válvulas de retención. Son válvulas que no permiten el flujo inverso, actúan enforma automática ante los cambios de presión para evitar que se invierta el flujo. Elcierre se logra mediante el peso del mecanismo de retención o por la contrapresióncuando se invierte el flujo. Las válvulas de retención están disponibles en los tiposde bisagra, disco inclinable y de bola.

4. Válvulas de regulación y control. Permiten modificar el caudal o presión dedeterminadas partes del sistema. Entre éstas se hallan las válvulas de flotador, lasválvulas limitadoras de caudal, las válvulas reguladoras o reductoras de presión,

estás últimas pueden ser clasificadas también como válvulas de protección.5. Válvulas de protección. Se destinan a usos específicos como ser; evacuación oingreso de gases, protección contra golpe de ariete, etc. Dentro de éste tipo se pueden señalar: válvulas de alivio, ventosas, válvulas de entrada y purga de aire,válvulas anti-golpe de ariete.

6. Otras. Para el manejo de aguas con sólidos gruesos o finos hay tipos especiales deválvulas. Los tipos más comunes son en ángulo, fondo plano, macho, bola ydiafragma y válvulas de opresión o compresión [5].

7/21/2019 16



22

1.9 PIEZAS ESPECIALES

Las conexiones de la tubería en las intersecciones, cambios de dirección, cambios dediámetros, válvulas, y más, se denominan comúnmente como piezas especiales y

generalmente son de hierro fundido, acero, materiales plásticos (PVC y PEAD),dependiendo de qué material sean los tubos.

Las piezas especiales de hierro fundido son las más empleadas y se fabrican para todoslos diámetros de tuberías. Estas piezas se conectan entre sí o a las válvulas por medio de bridas, tornillos y con un empaque de sellamiento intermedio, que puede ser de plomo, huleo plástico. La unión de estas piezas con las tuberías de fibrocemento se efectúa utilizando la junta gibault , que se muestra en la Fig. 1.3, o en ocasiones la junta dresser, que permitenconectar por una de sus bocas una extremidad de hierro fundido y, por la otra, una punta detubería de fibrocemento. El sellamiento se logra mediante la presión ejercida con las bridasy tornillos sobre el barrilete y empaques de hule. La forma cóncava del barrilete permite

efectuar deflexiones.

Fig. 1.3. Piezas especiales de fierro fundido para sistemas de agua potable [6].

7/21/2019 16



23

1.10 POTENCIA DEL EQUIPO DE BOMBEO

Existen tres tipos de potencia que intervienen en un equipo de bombeo, las cuales podemos mencionar las siguientes:

Potencia hidráulica. Es la potencia precisada por la bomba exclusivamente para bombear el líquido.

Potencia al freno (o potencia absorbida). Es la potencia en el eje de la bomba yequivale a la potencia hidráulica más la potencia consumida en compensar los distintostipos de pérdidas que se ocasionan en la bomba. Por consiguiente, es mayor que la potenciahidráulica.

Potencia absorbida por el motor. Es mayor que la potencia absorbida por la bomba, pues hay que añadirle las pérdidas internas del motor eléctrico.

Para el cálculo de la potencia de la bomba y del motor debe realizarse con la siguienteecuación:

76

bbb

H Q P

Ec. 1.0

Donde:

Pb = Potencia de la bomba y del motor ( HP ).

Qb = Caudal de bombeo ( L/s). Hb = Altura manométrica total (m).η = Eficiencia del sistema de bombeo

La bomba seleccionada debe impulsar el volumen de agua para la altura dinámicadeseada, con una eficiencia mayor a 70% [7].

1.10.1 POTENCIA DEL MOTOR A LA SALIDA

También se le designa como potencia en la flecha y obviamente debe ser suficiente para

accionar la carga que estará conectada a su eje. Este factor se complica ligeramente por elhecho de que un motor debe soportar por periodos breves sobrecargas. Otra condición puede ser que el ciclo de trabajo sea tal que la mayor parte del tiempo opere el motor concargas bajas, entonces la potencia se debe seleccionar para la consideración de carga a laque el motor opere la mayor parte del tiempo, si se considera que a menor carga el motores menos eficiente.

7/21/2019 16



24

1.10.2 CORRIENTE DE ARRANQUE

Los motores de gran potencia demandan de la línea de alimentación valores de corrientede arranque elevados. Las compañías suministradoras han encontrado que además de

afectar el alumbrado en el área en donde se encuentran instalados, tales corrientes dearranque producen disturbios en el voltaje que afectan al equipo de otros usuarios einclusive sus propios aparatos eléctricos. Debido a esto, se deben limitar tale corrientes dearranque y es así, que los motores grandes se arrancan por medio de autotransformador, o bien resistencias o reactores, que reducen el voltaje de arranque del motor.

1.11 DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE CONTROL

El controlador de un motor eléctrico es un dispositivo que se usa normalmente paraarrancar un motor que va a desempeñar un comportamiento en una forma determinada encondiciones normales de operación, y para detenerlo cuando así se requiera.

El controlador puede ser un simple desconector para arrancar y parar el motor, puede sertambién una estación de botones para arrancar al motor en forma local o a control remoto o puede ser un dispositivo que arranque al motor por pasos o invirtiendo su sentido derotación o bien haciendo uso de las señales de los elementos por controlar como pueden sertemperatura, presión, nivel de un liquido a cualquier otro cambio físico que requieraarrancar o parar un motor y que evidentemente le dan mayor grado de complejidad alcircuito de control.

Cada circuito de control, por simple o complejo que sea, está compuesto de un ciertonúmero de componentes básicas conectadas entre sí para cumplir con un comportamientodeterminado. El principio de operación de estos componentes es el mismo y su tamañovaría dependiendo del tamaño del motor que van a controlar. Aun cuando la variedad de

componentes para los circuitos de control es amplia, los principales elementos eléctricos decontrol son los que a continuación se mencionan [8].

Desconectadores (Switches)

Interruptores Termomagnéticos

Desconectadores tipo tambor

Estaciones de botones

Relevadores de control

Contactores magnéticos

Fusibles y relevadores

7/21/2019 16



25

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

A partir de este capítulo se comienza a tratar sobre los aspectos teóricos aplicados a las

partes que componen el realizar un sistema de bombeo, es por eso que primeramentehablaremos de las características técnicas de los pozos profundos. Posteriormente se exponeel tipo de bombas empleadas para la extracción moderada de estas obras de captación.

2.1 POZOS PROFUNDOS

Los pozos son obras que se realizan para captar aguas superficiales y subterráneas. Así,el agua disponible en el subsuelo penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tiporadial. En la práctica, se clasifican los pozos en poco profundos o someros y en pozos profundos. A continuación se describe cada uno de ellos.

Pozos someros, captan agua superficial de acuíferos de poca profundidad, hasta los30 cm. Pueden ser:

Excavados

Perforados

Pozos profundos, captan agua subterránea a profundidades mayores a 30 m. Puedenser:

Perforados manualmente

Perforados con maquinaria

La perforación manual corresponde a una técnica que utiliza equipos simples para perforar pozos de pequeño diámetro empleando los métodos de rotación y percusión, enterrenos de baja concentración de material granular.

Los pozos perforados con máquina permiten captar aguas subterráneas profundas yrequieren equipos de perforación especiales. Las técnicas de perforado podrán ser de percusión, rotación directa o reversa, inyección, entre otros.

La selección del tipo de pozo que se necesite dependerá de los siguientes factores:

Cantidad y calidad de agua requerida.

Profundidad del agua subterránea. Condiciones hidrogeológicas. Disponibilidad del equipo para la construcción de pozos.

Factores económicos.

7/21/2019 16



26

2.1.1 CARACTERISTICAS TÉCNICAS DE LOS POZOS PROFUNDOS

El sitio para la perforación y la profundidad del pozo debe está basado en estudioshidrogeológicos y geofísicos de la zona.

El diámetro del pozo deber ser seleccionado en función del caudal de agua requerido,características del acuífero y equipo de perforación a emplearse. Para caudales menores a20 m3/s, el proyectista podrá utilizar un diámetro mínimo de 100 mm.

El diámetro y profundidad del entubado debe estar acorde con el diámetro final del pozo perforado y de los resultados que se obtengan mediante el registro eléctrico que se hará posteriormente a la perforación del pozo piloto.

El espacio anular mínimo entre la pared del pozo y el entubado debe ser de 0,05 m acado lado.

Hasta la profundidad donde debe ir dispuesta la bomba, el diámetro del entubado debetener al menos una holgura de 0,05 m mayor a los tazones de la bomba.

El diámetro del ademe debe definirse en función de la capacidad del equipo de bombeocalculado para garantizar el caudal de explotación programado. Asimismo, debe preverseuna holgura adecuada para efectos de instalación, de manera que no se presenten riesgos deatascamiento por diferencias en la verticalidad del pozo [2].

Profundidad

La profundidad del pozo debe ser tal, que logre penetrar en el acuífero, para captar elcaudal requerido, con el objeto de disponer una longitud adecuada de filtro para satisfacerlos requerimientos del proyecto.

En acuíferos libres con espesores saturados inferiores a 30 m, el pozo debe penetrar todoel espesor del acuífero, para aprovechar al máximo su capacidad productiva, previéndose lacolocación del filtro desde el fondo hasta un máximo de la mitad del espesor saturado.

En acuíferos confinados, el pozo debe penetrar todo el espesor del acuífero si el mismofuera inferior a 30 m, previéndose la colocación del filtro en una extensión del 80% delespesor del acuífero. En acuíferos libres o confinados, con espesores mayores a 30m, debe

realizarse un estudio técnico económico para fijar la posición de entrada de agua en el pozo[2].

2.2 BOMBAS DE EJE VERTICAL

Este tipo de bombas centrifugas ha resultado ser sumamente útiles, ya que tiene diversasaplicaciones en una gran cantidad de campos, tal es el caso del abastecimiento de agua potable dentro de obras de captación subterránea. A continuación se clasifican algunostipos de bombas de eje vertical.

7/21/2019 16



27

2.2.1 Bombas Centrifugas Verticales Sumergidas

El funcionamiento de las bombas centrifugas verticales sumergidas hace innecesario elcebado. El impulsor siempre está por completo rodeado por el líquido a impulsar y la

bomba puede trabajar en cualquier momento.El control de la unidad es mínimo: solamente hay que arrancar el motor de la bomba sin

hacer un cebado previo.

La aspiración es siempre por abajo a una cierta profundidad con respecto al nivel libredel líquido. Si esta profundidad es insuficiente pueden generarse en la superficie remolinos por cuyo centro entra aire a la bomba y esto reduce el rendimiento del equipo.

El eje de estas bombas queda, por su largo, guiado por cojinetes de fricción y lubricados por grasa, aceite o el mismo liquido bombeado.

Las ventajas hidráulicas son notorias: desaparecen todos los problemas de aspiración queson el principal inconveniente en el funcionamiento de las bombas centrifugas.

Desventajas de este tipo de bomba respecto a las bombas horizontales: son inicialmentemás caras y su mantenimiento mucho más elevado. Cualquier reparación exige eldesmontaje de la bomba para subirla a la superficie.

El eje alargado expone a los cojinetes a fuerzas mecánicas muy fuertes que puedenreducir muy drásticamente la vida útil de los mismos.

2.2.2 Bombas Verticales de Turbina

Las bombas verticales de turbina han llegado a un grado de perfección notable conrendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas, aunque empezaron siendoempleadas exclusivamente para riego en pozos y perforaciones, sus aplicacionesindustriales aumentan cada vez más, siendo en la actualidad más numerosas que lasagrícolas, por lo que la denominación de bombas de pozo profundo va desapareciendo paraadaptarse a la de bomba de turbina vertical.

Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado yaccionadas por motor sumergible dispuesto inmediatamente por debajo de la bomba o bombas sumergibles.

El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las condiciones detrabajo y de forma cerrada o semiabierta.

2.2.3 Bombas Verticales de Turbina de Hélice

Estas bombas manejan grandes caudales con pequeñas alturas en posición vertical ysumergida.

7/21/2019 16



28

También disponen de alabes directores con objeto de evitar o reducir una pre rotaciónexcesiva de la vena liquida en la aspiración. Esto sucede en lugares donde hay remolinos enla superficie del líquido.

El eje puede estar lubricado por aceite, en cuyo caso va dispuesto dentro delcorrespondiente tubo protector con los cojinetes de apoyo.

El impulsor puede ir en voladizo o bien tener cojinete inferior. En ciertas bombas de estetipo es posible desmontar el eje y el impulsor desde arriba, sin necesidad de retirar latubería de impulsión.

2.2.4 Bombas Verticales de Funcionamiento en Seco

En las bombas verticales no sumergidas, el motor puede estar inmediatamente sobre la bomba, o muy por encima de ésta. El elevarlo responde a la necesidad de protegerlo de una posible inundación o para hacerlo más accesible si, por ejemplo, la bomba trabaja en un

pozo.

La ventaja de las bombas verticales, es que requieren muy poco espacio horizontal quelas hace insustituibles en barcos, pozos, entre otras, sin embargo se necesita un espaciovertical superior suficiente para permitir su cómodo montaje y desmontaje.

Para bombas de gran caudal, la construcción vertical resulta en general más barata que lahorizontal. Las bombas verticales se emplean normalmente en aplicaciones marinas, paraaguas sucias, drenajes, irrigación, circulación de condensadores, etc.

2.3 BOMBAS DE TURBINA DE EJE VERTICAL

Entre las bombas sumergidas, las más importantes son las llamadas de pozo profundo,de sondeo o vertical tipo turbina, que fueron desarrolladas para la explotación de pozos, perforaciones y sondeos de diámetro reducido y por lo general este tipo de bombas son deeje lubricado por agua.

El equipo consta de un cuerpo de bomba cuyo elemento impulsor es accionado por unmotor eléctrico de eje hueco desde la superficie a través de un eje de transmisión, el líquidoimpulsado por la bomba se conduce hasta la superficie por un tubo de columna que protegey alinea al eje de transmisión. En la superficie se dispone de un elemento denominadolinterna de descarga, que sirve como orientador del flujo, soporte de la bomba con sucolumna y eje, y como base del motor

El impulsor de aspiración simple, puede ser radial o diagonal, según las condiciones deservicio y su construcción cerrada o semiabierta. Los impulsores semiabiertos requieren unajuste vertical más cuidadoso durante el montaje.

El conjunto de difusores del cuerpo de bomba y la tubería de impulsión, cuelgan delcabezal sobre el que va montado el motor. A veces, los difusores se recubren interiormentede un esmalte especial que disminuye la rugosidad de la fundición y las pérdidas

7/21/2019 16



29

hidráulicas consiguientes, aumentando el rendimiento, dotando de una cierta uniformidad alas distintas unidades, lográndose una mejor resistencia a la corrosión y a la abrasión.

La construcción de estas bombas permite montar el número de etapas deseado, que

puede llegar a 20 o más, añadiendo simplemente difusores e impulsores semejantes unosobre otro, lo que dota de cierta elasticidad a las aplicaciones, con las consiguientesventajas de estandarización, disponibilidad de repuestos, etc. no obstante, estas bombas participan de las desventajas mencionadas para las bombas verticales sumergidas, de sercaras y exigir costos de mantenimiento elevados.

Las bombas verticales tipo turbina han llegado a un grado de perfección notable conrendimientos altos y determinadas ventajas hidráulicas; aunque empezaron siendoempleadas exclusivamente para riegos en pozos y perforaciones, sus aplicacionesindustriales aumentan cada vez más, siendo en la actualidad más numerosas que lasagrícolas, por lo que la denominación de bombas de pozo profundo va desapareciendo para

adaptarse a la de bombas vertical tipo turbina. Dentro de este tipo se pueden distinguir las bombas provistas de eje alargado y accionadas por motor sumergible dispuestoinmediatamente por debajo de la bomba o bombas buzo [9].

2.3.1 APLICACIÓN DE BOMBAS DE TURBINA DE EJE VERTICAL

Entre los campos de aplicación para las bombas centrifugas verticales de turbina podemos citar el bombeo en pozos para irrigación y otras aplicaciones del tipo agrícola.Otros campos de aplicación para este tipo de bombas centrifugas son el de abastecimientomunicipal de agua y el abastecimiento industrial de agua. También se ha verificado la

eficacia de este tipo de bomba centrifuga en el procesamiento, circulación, refrigeración yacondicionamiento de aire.

Por si acaso lo anterior fuera poco, las bombas centrifugas verticales de turbina handemostrado efectividad en el bombeo de salmuera, desaguado de minas, represión decampos petroleros y otras aplicaciones.

Es por eso que dentro de este proyecto del suministro de agua potable mediante laextracción de agua se optará por el uso de bombas verticales del tipo turbina, una vezconocidas las características y aplicaciones para este tipo de bombas.

7/21/2019 16



30

Fig. 2.1. Esquema de una Bomba Centrifuga Vertical Tipo Turbina [9].

7/21/2019 16



31

2.3.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

El rango de capacidad para las bombas centrifugas verticales de turbina se ubica en su banda más baja desde 38 hasta 52 L/min y en su banda más alta desde 94, 600 L/min hasta

valores muy superiores. Las alturas de elevación pueden alcanzar hasta los 305 metros.

Por supuesto, en la mayoría de los casos las aplicaciones no llegan a exigir estos valoresextremos de capacidad. Obviamente la capacidad de las bombas centrifugas de turbina seencuentra limitada por el tamaño físico del cárcamo y también influye la velocidad con laque se puede sacar el fluido sin que su nivel llegue a estar por debajo del nivel desumersión necesario para que la bomba centrifuga de turbina trabaje apropiadamente.

El cálculo del diseño de las bombas centrifugas verticales de turbina debe tener encuenta que sea sencillo la colocación y el cambio de la flecha. Por otro lado, es necesarioque la flecha pueda subirse o bajarse desde arriba con facilidad con el fin de que elimpulsor se ajuste con facilidad en el tazón.

En cuanto a los cojinetes, deben ser cojinetes de empuje apropiados, con el fin de que puedan soportar la transmisión vertical, el impulsor y el empuje hidráulico que se produceal momento de funcionar la bomba centrifuga.

Al momento de efectuar el cálculo del cojinete de empuje que soportará la flechavertical, se debe proveer un cojinete con el tamaño apropiado de forma que también seacapaz de sostener las diferentes partes pertenecientes al mecanismo rotatorio e impulsor dela bomba centrifuga.

Otra de las partes que componen a esta tipo de bomba son los tazones que son cajas de

formas cilíndricas que alojan a los impulsores; son construidas con diámetros exterioresnominales que pueden variar desde 3,5 pulgadas para las bombas pequeñas y hasta 18 pulgadas para las bombas grandes. Su función principal es desviar y orientar el flujo deagua hacia arriba, transformando su carga de velocidad en carga de presión. Serán de trestipos: el de succión, los intermedios y el de descarga.

El tazón de succión y el intermedio, deberán permitir incluir un anillo de desgaste, elcual puede ser restituido para recuperar la eficiencia. El tazón de succión en su parteinferior será roscado, para poder acoplarse con el tubo de succión.

El conjunto de columna de tubería de la bomba centrifuga consiste de la propia columna

de tubo, la transmisión arriba del conjunto del tazón los cojinetes de la flecha y la cubiertade tubería o retener de los cojinetes. La bomba está suspendida de la cabeza impulsora, queconsiste del codo de descarga (cuando la descarga se encuentra arriba del nivel del suelo),el motor o soporte del impulsor, y ya sea el estopero (en construcción de flecha abierta) o elconjunto para suministrar tensión a la cubierta de tubería e introducir lubricante a ella. Ladescarga a nivel subterráneo se toma de una “T” en la columna de tubo y la cabeza

impulsora trabaja principalmente como un soporte para el impulsor y para la columna detubería [9].

7/21/2019 16



32

El eje de la bomba será de acero inoxidable o de características superiores en calidaddebidamente torneado y rectificado.

El líquido se guía al impulsor de la bomba centrifuga vertical de turbina por la caja o

cabeza de succión. Esta parte puede ser una sección cónica para fijarse a una coladera otubería de succión cónica o puede ser una boca acampanada.

Los impulsores de las bombas centrifugas de turbina se utilizan indiferentementesemiabiertos o encerrados. Para obtener la mejor eficiencia en el caso de los impulsoressemiabiertos se requiere de mucho cuidado al armar en la flecha del impulsor y un ajustemuy preciso en el campo de la posición vertical de la flecha con objeto de obtener la mejoreficiencia. Es interesante hacer notar que el empuje producido por los impulsoressemiabiertos puede ser hasta un 150% mayor que el producido por impulsores encerrados.

Sin embargo, en muchos casos, se podrían preferir los impulsores cerrados a los

semiabiertos porque el desgaste en ellos reduce la capacidad, que no puede restaurarse amenos que se instalen nuevos impulsores. El desgaste normal en los impulsores cerrados noafecta los alabes del impulsor y los espacios desgastados pueden restaurarse reponiendo losanillos de desgaste.

El motor que se utiliza para impulsar a las bombas centrifugas verticales de turbina sueleser un motor con flecha hueca. Deberá estar dotado de cojinetes convenientementediseñados para ser sometidos a cargas radiales y axiales, según el tamaño (Norma lEC) yque para condiciones normales de trabajo tenga una vida útil promedio no menor de 25,000horas o tres años de operación continua, lubricados por aceite.

Ventajas y Desventajas

Ventajas:

1. Presenta un flujo suave y uniforme2. Bombea agua que contiene arena y limo3. La presión en el sistema es uniforme y exenta de choques4. Bajo par de de torsión de Arranque5. Es confiable, proporciona buen servicio6. El motor no es susceptible al fallo de la corriente eléctrica

Desventajas:

1. El buen funcionamiento requiere que trabaje bajo cargas y velocidades de diseño2.

Requiere suficiente alineamiento y verticalidad del pozo para su instalación yfuncionamiento adecuado

3. Está sujeta a la abrasión por arena y presenta un serio problema de mantenimientocuando se bombea agua corrosiva.

7/21/2019 16



33

2.3.3 CONDICIONES DE OPERACIÓN.

La selección del equipo dependerá de las siguientes condiciones:

Altura dinámica total de bombeo, caudal (Q) requerido y longitud de la columna de bomba.La elongación de la columna de ejes a válvula cerrada (Q = 0) no será mayor al 60%de la luz axial máxima de regulación del cuerpo de impulsores.La eficiencia mínima de la bomba deberá ser: 76%, para Q de 10 a 19 l/s; 77%, paraQ de 20 a 34 l/s; 80%, para Q de 35 a74 l/s; 81 %, para Q de 75 a 99 l/s; 82% paraQ de 100 a 150 l/s.La pérdida de carga en la columna no será mayor al 5% de su longitud y lavelocidad de flujo en la columna no será menor de 1,20 m/s.La longitud de la columna de bomba se considerará desde el borde del tazónsuperior de descarga, hasta la brida superior del tubo de la columna más próxima ala linterna.La variación máxima en el comportamiento operativo de la bomba, no será mayor al

5% de las condiciones solicitadas.En la curva característica, no se aceptará ubicación del punto de trabajo a laizquierda de la máxima eficiencia de la bomba, debido a la disminución progresivadel rendimiento del pozo que se produce por efecto del descenso del nivel freático[10].

2.4 COLUMNA DE UNA BOMBA

En el diseño de un sistema de bombeo hay muchos elementos que deben considerarse,

no importa la clase o tipo de bomba que finalmente se escoja para la instalación. Estoselementos incluyen: columna, capacidad, naturaleza del líquido, tuberías, motores, yeconomía. De manera que, en general, una discusión completa de cualesquiera de estosfactores se aplica igualmente a una bomba centrifuga que a una rotatoria o que a unareciprocante. Luego, la columna de una bomba no se altera por la clase de unidad elegida.

Las pocas excepciones que se presentan se limitan generalmente a un tipo particular de bomba y se señalaran en su oportunidad.

En ocasiones no se da la importancia que merece, al concepto de economía de diseñoque se origina en el proyecto y continúa durante toda su vida. Por ejemplo, un estudiocuidadoso de condiciones de columna y localización de la bomba puede producir ahorros

apreciables en potencia, por un periodo largo sin aumentar substancialmente el costo inicialdel proyecto. Una elección cuidadosa de tamaños de tubos, basadas en cargas futuras predecibles o estimadas, es otro ejemplo de cómo puede ser que un diseño cuidadoso produzca dividendos en cuanto a economía de operación.

7/21/2019 16



34

2.5 CAPACIDAD DE UNA BOMBA

En función de la importancia de una aplicación de un equipo de bombeo, la columna y lacapacidad tienen quizás la misma categoría. Aun cuando hay otros factores como el liquido

que se maneja, disposición de la tubería y tipo de motor, que también son importantes; elrequisito principal de una bomba es el de entregar la cantidad correcta de liquido contra lacarga existente en el sistema.

2.5.1 CÁLCULO DE LA CARGA DE BOMBEO

El cálculo de la carga total de bombeo consiste en determinarla energía requerida paraimpulsar el líquido desde el nivel de succión hasta el nivel de descarga, venciendo laresistencia que ofrecen la tubería y los accesorios, al paso del fluido.

2.5.1.1 Carga Dinámica Total de una Bomba

La carga dinámica total es la suma de la columna o carga estática y la carga dinámica.La primera parte, la carga estática, puede obtenerse con mediciones directas. Para el

caso de pozo profundo, se trata de la distancia vertical que el agua se desplaza desde elnivel de abatimiento del pozo hasta la altura en que se descarga el agua. La carga estática,es entonces la suma del abatimiento, el nivel estático y la altura de la descarga. Todos los pozos experimentan el fenómeno de abatimiento cuando se bombea agua. Es la distanciaque baja el nivel del agua debido a la constante extracción de agua. La Fig. 2.2 muestraestos componentes hidráulicos que conforman la carga estática.

La carga dinámica, es el incremento en la presión causado por la resistencia al flujo alagua debido a la rugosidad de las tuberías y componentes como codos y válvulas. Esta

rugosidad depende del material usado en la fabricación de las tuberías. Los tubos de acero producen una fricción diferente a la de los tubos de plástico PVC de similar tamaño.Además, el diámetro de los tubos influye en la fricción. Mientras más estrechos, mayorresistencia producida.

Para calcular la carga dinámica, es necesario encontrar la distancia que recorre el aguadesde el punto en que el agua entra a la bomba hasta el punto de descarga, incluyendo lasdistancias horizontales, así como el material de la línea de conducción y su diámetro. Conesta información se puede calcular la carga dinámica total de acuerdo con la siguienteexpresión.

CDT = Nivel dinámico + Elevación + Fricciones en columna + Fricciones en descarga oconducción + presión de operación [9].

Donde: Nivel Dinámico: Es la distancia vertical desde el cabezal de descarga ó nivel desuperficie, hasta el nivel del agua cuando se encuentra en operación el equipo de bombeo.

7/21/2019 16



35

Elevación: Es el nivel máximo al cual deseamos llevar el agua con respecto alcabezal de descarga. Fricciones en columna: Son las pérdidas de carga, generadas por el rozamiento queexiste entre las paredes del tubo debido a la velocidad del agua que circula dentro deél y a la rugosidad. Fricciones en conducción: Son las pérdidas de carga, generadas por el rozamientoque existe entre las paredes del tubo de descarga debido a la velocidad del agua quecircula dentro de él, así como en los accesorios que existan en el trayecto de ladescarga o conducción después del cabezal de descarga. Presión de operación. Es la presión que se requiere en el último punto de salida delagua, expresada en metros o pies puede esta presión de operación ser cero sideseamos el agua a descarga libre.

En algunos casos distintos autores de libros sobre bombas; la Carga Dinámica Total laexpresan como H b.

7/21/2019 16



36

Figura 2.2. Componentes hidráulicos de un sistema de bombeo de agua.

7/21/2019 16



37

2.5.1.2 Altura Desarrollada por una Bomba.

La altura (h) desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en laaspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del

caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo encuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es de acuerdo a la ecuación. 2.1 [7].

os

osos

d

d d

osd z g

V P z

g

V P H H h

22

22

Ec. 2.1

Donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración de la bomba. Si lastuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las componentes de la altura

correspondiente a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de entrada esmayor que la de salida.

La normativa de ensayo indica que la altura desarrollada por una bomba es la diferenciaentre la carga en la entrada y en la salida. Sin embargo, las condiciones del flujo en la bridade salida son normalmente demasiado irregulares para tomar medidas de presión precisas, yes más seguro medir la presión alejándose de la bomba diez o más veces el diámetro deltubo y añadir una estimación de la pérdida por fricción para esa longitud del tubo.

En la entrada algunas veces existe pre rotación en la zona del tubo cercana a la bomba yesto puede hacer que las lecturas depresión obtenidas con un instrumento de medida seandiferentes a la presión media real en dicha sección.

2.6 ANÁLISIS CARGA NETA POSITIVA EN LA SUCCIÓN (NPSH )

NPSH, acrónimo que refiere a sus siglas en ingles Net Positive Suction Head que es la presión disponible o requerida para forzar un gasto o caudal determinado a través de latubería de succión al impulsor o carcasa de una bomba. Este punto es para obtener algunosdatos críticos de diseño en el equipo de bombeo, que siempre hay que tomar en cuenta en loque respecta a condiciones de operación y diseño.

2.6.1 NPSH REQUERIDO

Es la carga requerida en metros, que deberá existir en la succión de la bomba para prevenir la vaporización ó cavitación del fluido [11].

Esta cantidad de carga en metros depende del diseño y geometría del impulsor y lodefine el fabricante en sus curvas de operación. Dicha carga varía de acuerdo al gasto y es basada en agua clara y con una gravedad especifica de 1.0.

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nociones-basicas/nociones-basicas.shtml


http://www.monografias.com/trabajos5/segu/segu.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/depre/depre.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/depre/depre.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/segu/segu.shtml


http://www.monografias.com/trabajos14/nociones-basicas/nociones-basicas.shtml


7/21/2019 16



38

2.6.2 NPSH DISPONIBLE

Es la carga absoluta que se dispone en metros en la succión de la bomba, si esta esmenor que la requerida se tendrá el problema de vaporización o cavitación en el sistema.

Esta carga disponible depende de las condiciones de como este operando la bomba, másque de la bomba misma, estas condiciones de operación a las que nos referimos son: presión atmosférica a la altitud de instalación, temperatura del agua a bombear, lasumergencia de la bomba [10].

Para obtener el NPSHR , existe una curva que se encuentra dentro de las curvas deoperación, en la parte inferior de estas. El valor en metros, se encuentra trazando una líneavertical partiendo del gasto en dirección a la curva y de este punto se traza una líneahorizontal y se obtiene el NPSH requerido.

Para obtener dicho NPSHD, se debe siempre tomar un punto de referencia constante; en

el que se harán las mediciones de presión o carga ya sea, a favor (+), o en contra (-), que enel caso de las bombas verticales se toma como punto de referencia la entrada de agua en el primer impulsor de la bomba.

1. Presión atmosférica (PATM) en metros en el lugar de instalación la cual depende dela altura sobre el nivel del mar en el lugar de instalación. Se adjunta tabla.

En el caso de que el punto de succión en el primer impulsor fuera un tanque a presión (en el caso de bombas enlatadas o levantadoras de presión) al valor delinciso a) deberá agregarse la presión del tanque, es decir que esta presiónincrementaría el NPSHD.

2. Carga de velocidad en metros de agua en la succión. (Normalmente es

despreciable).3.

Carga estática en m. sobre o bajo el nivel del primer impulsor. Siendo esta carga positiva si el nivel del liquido esta sobre el impulsor o negativa si esta bajo el nivelde primer impulsor. (sumergencia ó desnivel).

4. Todas las pérdidas por fricción en metros incluyendo válvulas y accesorios quehubiera entre el primer impulsor y la conducción de succión.

5. Presión de vapor del agua bombeada a la temperatura del agua bombeada,expresada en metros de carga.

Para comprender los puntos anteriores véase la Fig. 2.3.

Sumando y restando los cinco elementos mencionados anteriormente se obtiene el

NPSHD el cual deberá siempre ser al menos un metro mayor que el NPSHR para no tener problemas de cavitación. Si esto no sucediera, deberán cambiarse las condiciones deoperación de la bomba y la manera más fácil de hacerlo es generando sumergencia en el primer impulsor, cuando las condiciones lo permitan.

Debido a la discusión anterior, la temperatura, la gravedad especifica y el nivel desumergencia requerido tiene una gran importancia ya que si la bomba no se encuentra conun NPSHD mayor que el NPSHR , se tendrá el fenómeno de cavitación, el cual hace que porcondiciones de presión y temperatura dentro del impulsor, se generen burbujas dentro del

7/21/2019 16



39

mismo, que al pasar a una zona de baja a una de alta presión estallan, generando dañosimportantes al impulsor y al funcionamiento de la bomba.

Figura 2.3. Puntos importantes para obtener el NPSHD

7/21/2019 16



40

2.6.3 CAVITACIÓN

Cuando un líquido que es bombeado se mueve en una región donde la presión es menorque su presión de vapor, vaporiza en forma de burbujas en su seno, las cuales son

arrastradas junto con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión más elevaday allí desaparecen; a este fenómeno se le conoce como cavitación, cuyas consecuencias sedescriben a continuación.

Si a la entrada del rodete la presión es inferior a la presión parcial del vapor, se formanlas burbujas de vapor que disminuyen el espacio utilizable para el paso del líquido, se perturba la continuidad del flujo debido al desprendimiento de gases y vapores disueltos,disminuyendo el caudal, la altura manométrica, el rendimiento de la bomba. En su recorridodañan los conductos de paso del líquido en el tubo de aspiración y llegan a una zona en elrodete en forma violenta y son acompañas de ruidos y vibraciones, lo cual se traduce en ungolpeteo sobre los álabes, que se transmite al eje, cojinetes, cierres mecánicos, etc.

Medios para evitar o reducir la cavitación:

1. Tener un conocimiento completo de las características del fenómeno en la bomba.2.

Conocimiento de las condiciones se succión existentes en el sistema.3. Las condiciones de succión se pueden mejorar, eligiendo un tubo de succión de

mayor diámetro, reduciendo su longitud y eliminando codos, así como todo aquelloque pueda ocasionar perdidas de carga.

4. Una revisión completa de todas las secciones del cabezal de succión, impulsor ycarcasa por donde va a pasar el líquido, cuidando que existan obstrucciones.

5. Elementos de guía que conduzcan el líquido convenientemente.6. Uso de materiales adecuados.

7.

Introducción de pequeñas cantidades de aire para reducir el efecto.

2.7 RENDIMIENTO DE UNA BOMBA

Cuando un líquido fluye a través de una bomba, sólo parte de la energía comunicada porel eje del impulsor es transferida el fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todoel líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existeuna pérdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Ésta pérdida tiene variascomponentes, incluyendo las pérdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por

el paso del fluido a través del espacio existente entre las palas o álabes y las pérdidas dealturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento de una bomba es bastante sensible alas condiciones bajo las cuales esté operando. El rendimiento de una bomba viene dado porla ecuación 2.2 [7].

T

pgQH

bhp

P w Ec. 2.2

7/21/2019 16



41

Donde:

g: Constante de la aceleración gravitatoria (m/s2 )

Q: Caudal (m3 /s)

H: Altura desarrollada por la bomba (m) T: Par ejercido por el motor sobre el eje de la bomba (N m) ω: Régimen de giro del eje (rad/s)

2.8 SELECCIÓN DE BOMBAS

La selección del tipo más adecuado depende de las condiciones del proyecto y delespacio del que se disponga para la estación. No es posible recomendar que uno u otro esmejor dado que siempre serán las condiciones del lugar las que permitan la selección. Es

conveniente consultar con el fabricante las posibilidades de que las unidades se acoplen alas necesidades del proyectista. Cuando se tiene la certeza que la unidad elegida, en cuantoa su forma, es la adecuada, se procede a la selección de tipo de bombas de acuerdo a loslineamientos dados anteriormente. Los fabricantes deberán entregar las curvas que auxilienla selección adecuada. Un fabricante de bombas para cierto modelo determinado presentalas curvas generales de dicha bomba como se muestra en la Fig. 2.4. En ella se ven lascaracterísticas que cubren cada uno de los tipos del modelo de la bomba a las diferentesrevoluciones por minuto y a diferentes caudales y cargas por manejar.

Fig. 2.4. Grafica de curvas generales para selección de bombas.

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

7/21/2019 16



42

2.9 CURVA DE LAS BOMBAS

Las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciar gráficamente por mediode una curva característica que, normalmente, tiene datos relativos a la carga dinámica

total, a la potencia efectiva del motor ( BHP ), a la eficiencia, al NPSH R y al nivel positivo,informaciones indicadas en relación con la capacidad de la bomba. Cada bomba centrífugase caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entre su caudal y sualtura de elevación. Esta representación gráfica, o sea, la trasposición de esta relación en ungráfico cartesiano, es la mejor manera para conocer qué caudal se puede obtener a unadeterminada altura de elevación y viceversa.

Fig. 2.5. Ejemplo de curva general de una bomba

En este caso específico, la curva consiste en una línea que parte de un punto (equivalentea cero gasto volumétrico entre la máxima altura de elevación) y que llega hasta el final dela curva con la reducción de la altura de elevación aumentando el caudal.

Está claro que, para modificar esta representación, contribuyen otros elementos como lavelocidad, la potencia del motor o el diámetro del rodete. Hay que considerar, además, quelas prestaciones de una bomba no se pueden conocer sin saber todos los detalles del sistemaen el que tendrá que funcionar.

7/21/2019 16



43

La curva de prestaciones de cada bomba cambia en el momento que cambia la velocidad yse explica con los siguientes enunciados:

1.

La cantidad del líquido trasladado cambia en relación con la velocidad2. La altura de elevación varía en relación con el cuadrado de la velocidad3. La potencia consumida varía en relación con el cubo de la velocidad

La cantidad de líquido bombeado y la potencia absorbida son, aproximadamente, proporcionales. La descarga de una bomba centrífuga con velocidad constante puede variarde cero caudales (todo cerrado o válvula cerrada), hasta un máximo que depende del proyecto y de las condiciones de trabajo. Por ejemplo, si se duplica la cantidad de fluido bombeado se duplica la velocidad y todas las demás condiciones permanecen iguales,mientras que la altura de elevación aumenta cuatro veces y la potencia consumida ochoveces con respecto a las condiciones iniciales.

La potencia absorbida por la bomba puede localizarse en el punto donde la curva de la potencia se encuentra con la curva de la bomba en el punto de trabajo. Pero esto no indicatodavía la medida requerida del motor.

Las prestaciones de una bomba, y en especial de las bombas rotodinámicas, estánilustradas con una curva tal que evidencia perfectamente la relación entre el líquido enmovimiento por unidad de tiempo y el aumento de la presión. Pero las curvas referidas a lasdistintas categorías de bombas tienen características muy diferentes. Por ejemplo, las bombas volumétricas presentan un volumen de caudal independiente de la diferencia de presión (y la curva respectiva es, casi siempre, una línea vertical), mientras que las bombas

centrífugas tienen una curva de prestación que, como ya hemos visto, aumentando la alturade elevación opone la disminución del caudal y viceversa. La curva de las bombas periféricas, en cambio, tienen una marcha que al medio de estas dos categorías de bombas.

2.10 CURVA DE FRICCIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO

Como se muestra en la Fig. 2.6 , una grafica Carga – Caudal se denomina curva defricción en un sistema de bombeo. La curva pasa siempre por el origen de la grafica, puestoque si no hay carga desarrollada por la bomba, es lógico que no exista flujo en el sistema detuberías.

Las pérdidas de carga por fricción en un sistema de bombeo son una función del tamañode la tubería, longitud, número y tipo de los accesorios que lo integran, velocidad de flujodel liquido y, desde luego su naturaleza.

Este análisis gráfico es necesario para conocer el punto en el cual trabaja una bomba ydebe realizarse antes de investigar si las deficiencias del funcionamiento de un equipo sedeben a los defectos mecánicos o de instalación.

7/21/2019 16



44

Fig. 2.6. Ejemplo curva de fricción de un sistema de bombeo típico [11].

2.11 PUNTO DE OPERACIÓN EN BOMBAS

El punto de operación de una bomba es aquel en el cual la carga de la bomba iguala a lacarga del sistema; ésta última se obtiene al combinar la curva de fricción del sistema con lacurva estática y con cualquier diferencia de presión en el sistema de bombeo, esto es, el punto en donde se interseca la curva de la bomba con la curva del sistema. (Punto indicadoen la Fig. 2.7 ).

Fig. 2.7. Ejemplo del punto de operación de una bomba [5].

El punto de operación y de diseño de una bomba debe localizarse en donde la eficienciasea el máximo ó muy cercano a éste; la razón fundamental se debe a que el rendimiento y la potencia de accionamiento son inversamente proporcionales [5].

7/21/2019 16



45

El punto de operación debe ser situado en un diámetro de impulsor comprendido entrelos valores máximo y mínimo.

Se debe evitar el suministro de bombas con impulsores de diámetro máximo, debido a

que pueden variar las condiciones de operación a través del tiempo y en tales circunstanciasla bomba sería obsoleta.

2.12 FACTORES DE SELECCIÓN DE BOMBAS.

En la selección de bombas hay que tener en cuenta los siguientes factores:

1. Las propiedades físicas del líquido, como el peso específico, tensión de vapor,viscosidad, temperatura, sólidos en suspensión, etc.

2. El NPSH D, presión de aspiración e impulsión de la máquina.

3.

Disponibilidades de la planta (agua limpia a temperatura ambiente, agua caliente,vapor a baja presión, inyección de fuente externa, metanol, etc.)4.

Tipo y dimensiones de la bomba, velocidad, diámetro del eje y/o camisa del eje,diámetro interior de la cámara del cierre, longitud de la cámara del cierre, distanciaentre la cámara del cierre y el primer apoyo, cliente final, lugar de instalación de la planta, etc.

7/21/2019 16



46

CAPÍTULO 3. CÁLCULO DEL SISTEMA

El objetivo de este capítulo es el realizar el cálculo que garantice la mejor elección delequipo de bombeo, la cual deberá cumplir con la mayor eficiencia, suministrando el caudalrequerido. Para seleccionar equipos de bombeo, se deben determinar el caudal o losdiversos caudales con que trabajarán estos equipos durante su vida útil. Para la mayoría delas bombas el periodo de diseño es de 10 a 12 años.

3.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Con objeto de suministrar agua potable en cantidad y calidad suficiente a la poblaciónde Zimapán desde el pozo profundo El Muhí, se opta por un Sistema de Bombeo con una

bomba vertical del tipo turbina. Dicha opción, comprende la extracción del líquido que posteriormente será transportada a una Planta Potabilizadora (o depósito), la cual seencargará del proceso de reducción de Arsénico contenida en el agua. La distancia entre elPozo Muhí y la Planta Potabilizadora se estimará de 315 metros a una elevación de 20metros. Subsiguientemente el suministro se realizará por gravedad.

En la Fig. 3.1, se representa la distancia entre el Pozo Muhí y la Planta Potabilizadora ydespués se observa la población de Zimapán la cual será beneficiada.

Fig. 3.1. Ubicación del pozo, planta potabilizadora y población

7/21/2019 16



47

3.2 ESTIMACIÓN DE LA POBLACION FUTURA

Se requiere un cálculo aproximado de la población a beneficiar, durante el período dediseño, porque presenta variaciones en el tiempo, que se deben a factores como crecimiento

poblacional, tasa de natalidad, mortalidad, inmigración y emigración. Para ello tomaremosun periodo de diseño de 10 años para este proyecto.

Sabiendo que el Pozo IV del Muhí se encuentra dentro de los alrededores de la población, el cual corresponde al 19% del total del número de habitantes. Siendo así, elnumero de pobladores a la cual se abastecerá el caudal a calcular, será para 7, 125habitantes.

Para realizar la estimación de la población se utilizará el método aritmético, que es elmás utilizado. Consiste en el cálculo de la población con base en la tasa de crecimiento poblacional que se tiene registrado de acuerdo con los censos de población; debe

proyectarse el tiempo según el periodo de diseño que se estime en el proyecto. La ecuaciónes la siguiente [12].

n

a f r P P )1)((

Donde:

P f = Población futura de diseño P a = Población actual R = Tasa de crecimiento

n = Período de diseño en añosDebido a lo anterior y de acuerdo con la tasa de crecimiento poblacional en el 2010

según la INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía) en el estado Hidalgo es de1.7% [17], siendo así, se tiene la información a continuación.

P a = 7, 125 habitantes R = 1.7 %n = 10 años a futuro Pf = (7, 125) (1 + 0.017)10 = 8, 433 habitantes

3.3 CONSUMO POR HABITANTE

Es la cantidad de agua asignada a una persona en un día. Este valor se representa comoun parámetro que puede variar de acuerdo a factores como clima, nivel de vida de los pobladores, actividades productivas y por el tipo de abastecimiento.

En el Municipio de Zimapán el clima es cálido, la actividad económica es la agriculturay el comercio; el nivel de vida de los habitantes es bajo. Según datos estadísticos para elcaso de poblaciones con bajo nivel de vida, que es el caso de Zimapán; se estima que cadahabitante utiliza en promedio 120 litros al día.

7/21/2019 16



48

3.4 DETERMINACIÓN DE CAUDALES

El caudal de diseño, es el que se necesita transportar en el sistema hidráulico: uno para lalínea de conducción y otro para la línea de distribución; los cuales se ven afectados por los

siguientes factores:

Caudal Máximo Diario (Qm )

El caudal que se utiliza para la selección de bombas es, una proporción del caudalmáximo diario en función del consumo de agua por habitante [13]. Así, se determinará elcaudal que consumirá la población en un día, o el caudal durante 24 horas, obtenido como promedio de los consumos diarios en el período de un año. El resultado del caudal máximodiario se obtiene mediante el producto del consumo de agua por habitante en un día y elnúmero de habitantes dentro de 14 años; periodo máximo en el cual se diseñan este tipo de proyectos. La Tabla 3.1 muestra el resultado del caudal máximo diario obtenido,

proyectado a 10 años (11.71 lps).

Año No. HabitantesQm

(lps)

2011 7125 9.902012 7246 10.062013 7369 10.242014 7495 10.412015 7622 10.592016 7752 10.772017 7883 10.95

2018 8017 11.142019 8154 11.322020 8292 11.522021 8433 11.71

Tabla 3.1. Estimación de caudales en un periodo de 10 años.

Caudal de Bombeo (Qb )

Cuando el sistema de abastecimiento de agua incluye cárcamo de almacenamiento posterior a la estación de bombeo; la capacidad de la tubería de succión, equipo de bombeoy tubería de impulsión debe ser calculada con base en el caudal máximo diario y el número

de horas de bombeo.

La determinación del caudal de bombeo se puede determinar mediante la siguienteexpresión, según Roger Pittman [12]:

Bombeo Hrs No

hrsQmQb

..

)24(

7/21/2019 16



49

Se sabe que el caudal máximo diario es de 11.71 lps y de acuerdo con la ecuación para elcaudal de bombeo se obtienen los valores de la siguiente tabla.

H o r a s d e

B o m b e

o Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10

CAUDAL MAXIMO DIARIO

10.06 10.24 10.41 10.59 10.77 10.95 11.14 11.32 11.52 11.71

8 30.18 30.72 31.23 31.77 32.31 32.85 33.42 33.96 34.56 35.13

10 24.14 24.58 24.98 25.42 25.85 26.28 26.74 27.17 27.65 28.10

12 48.29 20.48 20.82 21.18 21.54 21.90 22.28 22.64 23.04 23.42

14 17.25 17.55 17.85 18.15 18.46 18.77 19.10 19.41 19.75 20.07

16 15.09 15.36 15.62 15.89 16.16 16.43 16.71 16.98 17.28 17.57

18 13.41 13.65 13.88 14.12 14.36 14.60 14.85 15.09 15.36 15.61

Tabla 3.2. Horas de Bombeo.

Como se muestra en la Tabla 3.2, las horas y el caudal de bombeo van íntimamenteligados, ya que si las horas de bombeo aumentan, el caudal de bombeo disminuirá y por elcontrario si las horas de bombeo disminuyen, el caudal de bombeo deberá aumentar. Paradeterminar ambos, es preciso saber si el aforo de la fuente tiene la capacidad para soportarel bombeo.

En sistemas de bombeo de agua potable es recomendable que el periodo de bombeo seade 8 horas, en situaciones excepcionales se adopta un periodo mayor, pero considerando unmáximo de 18 horas. De acuerdo con lo anterior y por razones económicas y operativas, eltiempo de bombeo será de 14 horas que serán distribuidas en el horario más ventajoso y elcaudal será de 20 lps, de tal forma que se tendrá un bombeo adecuado durante el día y elcaudal a bombear no excederá del caudal de producción del pozo.

La instalación de la bomba dentro del pozo Muhí y sus componentes de descarga, viene presentada dentro de la Fig. 3.2. Para ver más detalles referentes a la instalación, consultelos planos dentro de los anexos de este trabajo.

7/21/2019 16



50

Fig. 3.2. Diagrama de instalación del sistema de bombeo.

3.5 CÁLCULO HIDRÁULICO DEL SISTEMA

Para poder calcular la Carga Dinámica Total del Sistema es necesario calcular las perdidas en la succión o columna de la bomba, línea de conducción y en accesorios, para locual se hará uso de ecuaciones presentadas dentro de los Anexos de este trabajo.

Calculo del Diámetro de Succión

Una velocidad de flujo razonable para sistemas de distribución de agua es deaproximadamente de 3.0 m/s en la descarga de las bombas. Un desempeño apropiado deuna bomba requiere velocidades más bajas en la succión, aproximadamente 1.0 m/s. En laTabla 3.3 se presentan lineamientos generales para las velocidades de flujo en sistemashidráulicos.

7/21/2019 16



51

Velocidades en m/s

Entradas a bombas:(Líneas de succión)

0.5 a 1.5

Salidas de bombas:(Líneas de descarga o de presión)

1.5 a 3.0

Tabla 3.3. Velocidades de flujo utilizadas en sistemas de bombeo [5].

Para la velocidad de succión tomaremos un valor de 1.2 m/s, con esto se cumple lascondiciones de operación para bombas tipo turbina. Así, de la ecuación de continuidad,despejando el área se tiene:

seg

m

seg

m

A

v

Q A

s

s

2.1

020.03

2

017.0 m A s

Sabiendo que el área de un cuerpo cilíndrico o este caso de la tubería es cuatro veces sudiámetro por el valor de π, el diámetro obtenido para la succión es de:

.lg80.5

71.14

147.0

4017.0 2

adas pu D

cm D

m D

m D

s

s

s

s

De acuerdo a las especificaciones conforme al tipo de tubería para plantas de bombeo en pozo profundo; utilizaremos tubo de acero comercial cedula 40 de diámetro nominal de 6 pulgadas en la succión.

D nominal = 6 pulgadas D exterior = 6.625 pulgadas = 168.3 mm D interior = 6.065 pulgadas = 154.1 mm

7/21/2019 16



52

Cálculo del Diámetro de Descarga.

De acuerdo con las velocidades de flujos utilizadas para bombeo de fluidos mostrada enla Tabla 3.3, utilizaremos una velocidad promedio de 2.25 m/s y sustituyendo valores se

obtiene:

2

3

0088.0

25.2

020.0

m A

seg

m

seg

m

A

d

d

.lg18.4

64.10

106.0

40088.0 2

adas pu D

cm D

m D

m D

d

d

d

d

Utilizando tubo de acero comercial cedula 40 de diámetro nominal de 4 pulgadas en ladescarga.

D nominal = 4 pulgadas D exterior = 4.500 pulgadas = 114.3 mm D interior = 4.026 pulgadas = 102.3 mm

Una vez conocidos los diámetros de la tubería en la succión y descarga, se prosigue conel cálculo de pérdidas primarias y pérdidas secundarias en el sistema.

3.5.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA

Cálculo de Pérdidas en la Succión o Columna.

El Instituto de Hidráulica de los Estados Unidos posee tablas mediante el cual se puedencalcular las pérdidas de columna para bombas tipo turbina teniendo en cuenta el diámetro

de columna, diámetro de la flecha y el caudal manejado. Para nuestro caso haremos uso dela Tabla 3.4, las cuales se presentan dentro de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ENER-2000 [10]. El gasto estimado (20 L/s) no se encuentra determinado en la tabla, para locual, calcularemos las perdidas mediante una interpolación con los gastos de 18.92 y 20.50L/s con un diámetro de flecha estimado de 1 ¼ pulgada.

7/21/2019 16



53

Tabla 3.4. Pérdidas de carga por fricción en columna de bombas tipo turbina [11].

Caudal en L/sPerdidas por Fricción en

Columna (m.c.a)18.92 2.0020.00 X20.50 2.30

Por lo tanto las perdidas en la columna son de 2.20 m.

Cálculo de Reynolds en la Tubería de Descarga

Para poder determinar las pérdidas totales en el sistema se determinará haciendo uso dela ecuación H.8 del Anexo H [7], en la cual se requieren cálculos como es el caso delnúmero de Reynolds, factor de fricción en tramos de tuberías y longitudes equivalente. Paraobtener estos cálculos se necesitaran los datos que se presentan en la Tabla 3.5.

Tabla 3.5. Propiedades del fluido a bombear

VARIABLE VALOR SIMBOLO

Temperatura 15 °C - Presión de vapor 0.173 m.c.H2O - Peso especifico 9.81 kN/m3 γ Viscosidad dinámica 1.15 310 X Pa.s µ Viscosidad cinemática 1.15 610 X m2/s ν Rugosidad acero comercial 4.6 510 X m ε

Densidad 1000 kg/m3 ρ

7/21/2019 16



54

Empleando la ecuación H.8 se calcula el Número de Reynolds:

seg

m

m seg

m

26-1.15X10

1023.025.2Re

5

100.2Re

18.152,200Re

X

Si el número de Reynolds para el flujo es menor de 2,000, el flujo es laminar y en casoque sea mayor que 4,000, se puede suponer que el flujo es turbulento, por lo tanto en estecaso es turbulento.

Cálculo del Factor de Fricción en la Tubería de Descarga.

Mediante la ecuación H.7 se obtiene el factor de fricción:

2

9.010 )Re

74.5

7.3

1(log

25.0

D

2

9.055

10 )100.2

74.5

106.41023.07.3

1(log

25.0

X m x

m

0187.0

Cálculo de Longitudes Equivalentes en Accesorios.

Con ayuda del nomograma mostrado dentro del Anexo H, en la Fig. H.3; obtenemos elvalor en metros de las longitudes equivalentes por accesorio.

7/21/2019 16



55

PÉRDIDAS EQUIVALENTES EN LA DESCARGA

ACCESORIOS PIEZAS Le (m)

Válvula de Retención de Acero al Carbón C-40

(Abierta) 1 29.20Medidor de Flujo tipo propela con conexión bridada 1 2.61Válvula de compuerta de Acero Fundido Bridado(Abierta)

1 0.73

Codo de 45º de Acero al Carbón C-40. 2 1.52Manómetro con Carátula 1 0.81Tee de Acero al Carbón C-40 1 2.19

T O T A L 37.06

Tabla 3.6. Obtención de longitudes equivalentes en accesorios en la descarga.

Cálculo de Perdidas en la Descarga.

Obtenidos los datos de la longitud de tubería y longitudes equivalentes en accesorios,empleamos la ecuación H.6 se calculan las perdidas en la descarga.

mh

h

seg

m

seg

m

m

mmh

rd

rd

rd

65.16

259.036.64

781309.92

25.2

1023.0

06.373150187.0

2

Cálculo de la Carga Dinámica Total.

Una vez calculadas las pérdidas del sistema, podemos determinar la Carga DinámicaTotal mediante la expresión siguiente:

CDT = Nivel dinámico + Elevación + Fricciones en columna + Fricciones en descarga o

conducción + presión de operación

Para el nivel dinámico se realizaron estudios de aforo del pozo, el cual consiste en

pruebas de bombeo en un determinado tiempo o periodo mediante el uso de bombassumergibles y junto con determinaciones de permeabilidad del acuífero se obtuvo delnivel estático de 85 metros; un nivel dinámico de 111 metros.

La elevación es la cota desde el nivel de descarga hasta el nivel en el cual deseamos bombear el agua, en este caso es de 20 m.

Y con respecto a la presión de operación; se considera que es igual a cero debido a quela descarga es libre. Sustituyendo los valores, se obtiene:

7/21/2019 16



56

CDT = 111 m + 20 m + 2.20m + 16.65m + 0

CDT = 149.85m

CDT = 491.63 pies

Cálculo de la Potencia de la Bomba.

La bomba seleccionada debe impulsar el volumen de agua para la carga dinámicadeseada, con una eficiencia mayor a 70%. Para nuestro caso particular asignaremos unaeficiencia del 75% y sustituyendo valores en la ecuación 1.0 del capítulo 1 , tenemos:

)75.0(76

)85.149)(/20( m s L P b

HP P b 57.52

3.5.2 TRAZO DE LA CURVA DEL SISTEMA

Es conveniente graficar la curva carga-capacidad del sistema ya que en ésta se muestranlas pérdidas totales en carga y la carga estática sobre los puntos de suministro y entrega dela instalación.

La obtención de la curva del sistema de bombeo puede realizarse de varias formas. Una

de ellas consiste en variar el caudal que circula por el sistema variando el porcentaje deapertura de una válvula en la línea de descarga. En este caso se debe calcular la alturarequerida para cada valor de caudal, sumando las pérdidas totales en el sistema con laelevación que la bomba le bebe proporcionar al fluido. Así, los puntos de la curva delsistema se determinan por medio de la ecuación de Darcy-Weisbach, para cada valor degasto volumétrico.

g

v

D

L L f h e

r sistema 2

)( 2

Donde:

hrsistema – pérdidas primarias y secundarias en el sistema f – coeficiente de pérdidas por fricción L – longitud total de los tramos rectos de tubería ΣLe – suma de todas las longitudes equivalentes de los accesorios D – diámetro de la tuberíav – velocidad en la tubería

7/21/2019 16



57

Una vez definida la ecuación, se procede a determinar los valores correspondientes acada variación de caudal, en este caso es de cero (válvula cerrada) a 30 m

3 /s. La tabla tal

muestra los resultados de los cálculos obtenidos.

Q Dd V V 2 /2g f ΣL ΣLe g

v

D

L L f h e

r sistema 2

)( 2

(m3 /s) (m) (m/s) (m) adimen. (m) (m) (m)

0.0000 0.1023 0.00 0.000 0.0221 315 37.06 0.00

0.0025 0.1023 0.30 0.005 0.0253 315 37.06 0.41

0.0050 0.1023 0.61 0.019 0.0221 315 37.06 1.44

0.0075 0.1023 0.91 0.043 0.0208 315 37.06 3.16

0.0100 0.1023 1.22 0.076 0.0200 315 37.06 5.60

0.0125 0.1023 1.52 0.118 0.0194 315 37.06 8.89

0.0150 0.1023 1.82 0.170 0.0190 315 37.06 12.430.0175 0.1023 2.13 0.232 0.0188 315 37.06 16.66

0.0200 0.1023 2.43 0.303 0.0187 315 37.06 21.68

0.0225 0.1023 2.74 0.383 0.0183 315 37.06 26.37

0.0250 0.1023 3.04 0.473 0.0182 315 37.06 31.78

0.0275 0.1023 3.35 0.572 0.0180 315 37.06 37.65

0.0300 0.1023 3.65 0.681 0.0179 315 37.06 44.21

Tabla 3.7. Obtención de valores para el trazo de la curva del sistema.

Posteriormente, la Fig. 3.3, muestra la grafica obtenida con los datos resultantes.

Fig. 3.3. Trazo de la curva del sistema.

7/21/2019 16



58

CAPÍTULO 4. SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS.

Una vez calculado el sistema conforme a los requerimientos de éste, dentro de estecapítulo se expondrá cuatro propuestas de Bombas Verticales del tipo Turbina de dos proveedores diferentes para poder seleccionar el equipo el cual sea el óptimo para elsuministro de Agua. Por otro lado, se expone en base al equipo seleccionado, lasespecificaciones del los elementos que conforman a la Bomba seleccionada.

A continuación dentro de la Tablas 4.1, 4.2 y 4.3 se menciona las condiciones para lascuales se seleccionará el equipo de bombeo de las cuales tendremos el suministro y entregade cabezal de descarga y componentes de columna y ejes que componen la bomba turbinavertical, lubricada con agua o aceite, para su instalación en un pozo de 100 m de profundidad.

Aplicación de la bomba. Extracción de Agua de PozoDiámetro interior del Ademen (m). 0.165Profundidad total del Pozo (m) 180 Nivel estático del agua (m) 85 Nivel dinámico del agua (m) 111

Tabla 4.1. Condiciones del Pozo o Cárcamo según sea el caso.

Fluido que será bombeado. Agua PotableTemperatura (°C ) 15Viscosidad. 1.15 310 X ).( s Pa

Agentes extraños en el fluido. Pequeñas cantidades de As

Tabla 4.2. Condiciones del fluido bombeado.

Capacidad (lps). 20Carga Dinámica Total (m). 149.85Lubricación Requerida. AguaTipo de Impulsor. Cerrado

Tabla 4.3. Condiciones hidráulicas de bombeo.

4.1 CÁLCULO DE CARGA POR PASO Y NÚMERO DE PASOS.

Para el caso particular de las bombas verticales del tipo turbina, su selección se hacemediante el cálculo de carga por paso o tazón y el número de pasos, así, conforme alcaudal requerido y haciendo uso de las curvas características de la bomba; podremos optar por un tazón-impulsor con una eficiencia que sea de nuestra conveniencia.

En la curva de operación seleccionada nos posicionamos en el gasto requerido ytrazamos una línea vertical hasta tocar la curva de operación, de mayor diámetro,obteniendo el porcentaje de eficiencia de ese punto de operación, luego trazamos una línea

7/21/2019 16



59

horizontal en dirección a la carga total, la cual nos va a dar el número de metros que elevaun paso de dicho modelo de tazón-impulsor, y obtenemos el número de pasos dividiendo laCarga Dinámica Total entre la carga que nos proporciona por paso a la eficiencia del puntode operación.

Debido a que las curvas características de las siguientes bombas se encuentran en otrasunidades se realizan las conversiones requeridas.

El caudal total obtenido.

GPM Q

seg

lt Q

seg

mQ

TOTAL

TOTAL

TOTAL

317

20

020.03

Y la Carga Dinámica Total.

piesCDT

mCDT

63.491

85.149

Con ayuda de las curvas que nos proporcionen los proveedores y el caudal de diseño ocaudal de bombeo, buscamos la curva de operación que nos resulte una mejor eficiencia, ytratando de quedar en el lado izquierdo del punto de mejor eficiencia. A continuación se

presentan tres alternativas de equipos de bombeo de tres distintos fabricantes “BombasVerticales BNJ, S.A. de C.V”, “AS Pumps y “PUMPS WARSON”.

Primera Alternativa de Selección.

La primera alternativa de selección, pertenece a Bombas Verticales BNJ, la Figura 4.1muestra las curvas de operación.

7/21/2019 16



60

Figura 4.1 Curvas de operación Bombas BNJ.

Debemos siempre, tomar en cuenta el diámetro del ademe, para así poder localizar lacurva de operación de acuerdo a la familia del modelo de tazón que corresponde, tomandoen cuenta el diámetro máximo disponible.

Como se ha mencionado; la carga en las curvas, es por impulsor. Para calcular el númerode tazones que requiere la bomba viene definido lógicamente por la siguiente expresión:

pasoh

CDT Tazones No.

33.7

67

63.491.

ft

ft Tazones No

Por lo tanto decimos que; 7 es el número de tazones por usar.Al igual que el número de tazones, la potencia requerida viene dada por un paso o tazón,

por lo cual decimos que:

HP Pasos No HP Potenciatazón

5.52)7)(5.7().)((

Los datos obtenidos en las curvas de operación y las características de la bomba vienendentro de la Tabla 4.4.

7/21/2019 16



61

Bombas Verticales BNJ, S.A. de C.V.

Modelo 7 CC Mat. Tazón Fe. Fundido

Diam. Impulsor ( pulg ) 5 1/8” Diam. Impulsor (mm) 155.57Diam. Flecha ( pulg) 1 3/16” Diam. Impulsor (mm) 30.16Carga x Tazón ( ft ) 67 Carga x Tazón (m) 20.42 NPSHR ( ft ) 26 NPSHR (m) 7.92Potencia x Tazón ( HP ) 7.5 No. Curva CI-0884Eficiencia (%) 73.25 rpm 3,500

Tabla 4.4. Datos obtenidos como primera alternativa.

Segunda Alternativa de Selección.

La segunda alternativa de selección, pertenece a AS Pumps de Bombas Suárez S.A. deC.V, la Figura 4.2 muestra las curvas de operación.

Figura 4.2. Curvas de operación AS Pumps.

Del resultado del análisis de la curvas del Modelo 9AS1H, para este caso tenemos que:

10.954

63.491.

ft

ft Tazones No

7/21/2019 16



62

Por lo tanto decimos que para la segunda alternativa; 9 es el número de tazones por usar.Y para la potencia requerida para bombear el fluido es:

HP Potencia 7.47)9)(3.5(


AS Pumps, Bombas Suárez S.A de C.V.

Modelo 9AS1H Mat. Tazón Fe. FundidoDiam. Impulsor ( pulg ) 7” Diam. Impulsor (mm) 177.80Diam. Flecha ( pulg) 1 3/16” Diam. Impulsor (mm) 30.16Carga x Tazón ( ft ) 54 Carga x Tazón (m) 16.46

NPSHR ( ft ) 8 NPSHR (m) 2.44Potencia x Tazón ( HP ) 5.3 No. Curva -Eficiencia (%) 84 rpm 1770

Tabla 4.5. Datos obtenidos como segunda alternativa.

Tercera Alternativa de Selección.

La tercera alternativa de selección, pertenece a Warson Pumps, la Figura 4.2 muestra lascurvas de operación.

7/21/2019 16



63

Figura 4.3. Curvas de operación WARSON Pumps.

Y finalmente del resultado del análisis de la curvas del Modelo 8HH-1C, para este casose hace uso de unidades del sistema internacional, entonces concluimos que:

98.195.7

85.149.

m

mTazones No

Por lo tanto decimos que para la segunda alternativa; 20 es el número de tazones porusar. Y para la potencia requerida para bombear el fluido es:

HP Potencia 6.50)7.18)(7.2(


7/21/2019 16



64

Bombas WARSON PUMPS

Modelo 8HH-1C Mat. Tazón Fe. Fundido

Diam. Impulsor ( pulg ) 6 1/4” Diam. Impulsor (mm) 158.75Diam. Flecha ( pulg) 1.188” Diam. Impulsor (mm) 30.17Carga x Tazón ( ft ) 24.60 Carga x Tazón (m) 7.5 NPSHR ( ft ) 8.20 NPSHR (m) 2.5Potencia x Tazón ( HP ) 2.7 No. Curva TCH1014Eficiencia (%) 68 rpm 1760

Tabla 4.6. Datos obtenidos como tercera alternativa.

4.2 SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO

Una vez realizado el análisis de las curvas de operación de los tres diferentes equipos de bombeo, se llega a la conclusión que en comparación con los demás equipos; la opción másadecuada es la segunda alternativa (AS Pumps de Bombas Suarez, Mod. 9AS1H) por lassiguientes razones:

A pesar que el número de tazones es mayor que la primera alternativa, la potenciarequerida para el bombeo del agua es menor. Así, el consumo de energía eléctricano será elevado.La eficiencia que proporcionará el equipo de bombeo será del 84%.El diámetro del impulsor cubre con las necesidades del diámetro de ademe del pozo.

4.2.1 PUNTO DE OPERACION DEL SISTEMA

Una vez seleccionado el equipo de bombeo, es importante el determinar su punto deoperación, mediante el análisis la curva característica de la bomba, la curva del sistema y la proyección gráfica de ambas. Este punto determinará que el sistema sea eficiente y proporcione el caudal requerido durante su periodo de vida útil.

Como se sabe, el punto de operación resulta de la intersección de la curva del sistema yla curva de la bomba. Siendo así, para trazar la curva de la bomba, nos apoyamos en elgrafica de la curva característica del tazón seleccionado para este proyecto. Cabe mencionar

que en este caso la curva del sistema se empieza a trazar a partir de la Carga Estática Totaldel sistema de bombeo. Finalmente la Fig. 4.4, muestra el punto de operación resultante deesta intersección.

7/21/2019 16



65

Fig. 4.4. Punto de operación del sistema.

Como se observa en la Fig. 4.4, el punto de operación para el sistema de bombeo estálocalizada cercana a la eficiencia que presenta la curva de la bomba del fabricante, lo queindica que el diseño del sistema es el más optimo para su operación, debido a que nonecesita de mayores cambios o modificaciones en la tubería de succión y descarga paramejorar dicho funcionamiento.

4.3 SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES PARA EL SISTEMA DE BOMBEO

Para lograr obtener mayores ventajas en cuanto a eficiencia, flexibilidad y confiabilidad,cumpliendo un amplio rango de requerimientos, es necesario conocer los componentes básicos de la bomba vertical. Una selección apropiada de los varios componentes y tipos deconstrucciones disponibles dependerá de factores tales como la profundidad y longitud dela bomba, el tamaño de esta y su velocidad de rotación, propiedades abrasivas y corrosivasdel fluido bombeado, temperatura de fluido y las cualidades lubricadoras del fluido, acontinuación mencionaremos que son los más importantes.

4.3.1 ELEMENTO MOTRIZ

El elemento motriz provee la potencia para rotar el eje y los impulsores, dándolestambién el soporte necesario para contrarrestar el empuje axial ocasionado por el accionarde la bomba. El elemento motriz más común es el motor eléctrico. Otros elementosincluyen motores de combustión interna con cabezales engranados o motores de vapor.

7/21/2019 16



66

La bomba vertical requiere el uso de motores verticales, típicamente de flecha huecaVHS, o cabezales engranados en ángulo recto. En ambos casos deberán tener balero decarga axial adecuadamente diseñado, para cargar el empuje hidráulica así como todas la partes suspendidas de dicho dispositivo.

El cálculo de la potencia eléctrica para la selección del motor eléctrico se realiza con larelación de la potencia de la bomba y la potencia del motor eléctrico, la siguiente ecuaciónexpresa lo anterior.

16.5693.0

57.52 HP P P

m

bm

Conforme al catalogo de AS Pumps el motor eléctrico para la bomba corresponde a 60HP, la Fig. 4.5, muestra la tabla de motores comerciales del tipo fecha hueca, de altaeficiencia.

Fig. 4.5. Características del motor eléctrico.

7/21/2019 16



67

4.3.2 CABEZAL DE DESCARGA

Soporta el motor o cabezal engranado con un alineamiento adecuado a la flecha ycomponentes suspendidos en él, y forma un pasaje adecuado para el cambio de dirección

del agua de vertical a horizontal.

El cabezal de descarga deberá ser de grano corto, hierro vaciado, ASTM A48 Clase 30libre de agujeros arenosos y otros defectos, maquinado a precisión y con una superficie dedescarga. La brida de descarga deberá ser maquinada y taladrada de acuerdo con losestándares ANSI para clasificación 125 ó 250.

La parte superior del cabezal de descarga tendrá un ajuste macho-hembra para unalocalización precisa del motor de eje hueco, teniendo un diámetro igual al diámetro de la base del motor (BD).

La Fig . 4.6 muestra el tipo de cabezal de descarga para el tipo de Bomba del tipoTurbina Marca AS, Modelo 12MS-3C, la cual será instalada para éste proyecto.

Fig. 4.6. Cabezal de Descarga Bomba.

7/21/2019 16



68

4.3.3 COLUMNA Y FLECHA DE LA BOMBA

Conecta el cabezal de descarga y el ensamble de la bomba. Se suministra con selloconvencional tanto en lubricación agua como aceite La columna también es parte integral

de la bomba y es maquinada a precisión para un alineamiento correcto entre las flechas delínea chumaceras y ensamble de tazones.

Las flechas intermedias deberán ser en acero al carbón ASTM A108 grado C1045 yserán surtidos en secciones intercambiables no mayores a 3.05 metros de largo. La columnade la bomba será en acero al carbón ASTM A53 grado B en secciones intercambiables nomayores a 3.05 m para 1800 RPM y para 3600 RPM secciones no mayores a 1.52 m, concuerda recta en 8 hilos por pulgada, a los extremos roscarse asegurando su alineación alunirse por el cople de acero.

Fig. 4.7. Columna-Flecha.

7/21/2019 16



69

4.3.4 ENSAMBLE DE TAZONES

Consiste de una o varias etapas diseñado para reunir los requerimientos de carga delsistema. Existe una amplia variedad de tamaños de bombas para cubrir el gasto necesario

del sistema de bombeo. La construcción estándar es en tazones de hierro fundido conimpulsores de bronce y flecha de acero inoxidable. Generalmente se utiliza el colador a lasucción, para evitar el paso de sólidos extraños a la bomba.

Las flechas intermedias deberán ser en acero al carbón ASTM A108 grado C1045 yserán surtidos en secciones intercambiables no mayores a 3.05 mts de largo. Las roscastendrán que estar alineadas con los ejes de la columna.

Fig. 4.8. Ensamble de Tazones.

7/21/2019 16



70

4.3.5 VÁLVULA DE PIE

La válvula de pie para este tipo de instalaciones puede ser tipo canasta si la succión de la bomba es roscada, o tipo clip-on de ser succión tipo campana y deberá ser provisto quetenga un área de succión neta de al menos 4 veces el área del tubo de succión. Y la máximaabertura del pasaje de agua no deberá ser mayor que el 75% de la mínima abertura del pasaje de agua entre el tazón y el impulsor.

Fig. 4.9. Colador Tipo Canasta.

7/21/2019 16



71

4.3.6 VÁLVULAS Y ACCESORIOS

Válvula de Expulsión de Aire

Sirven para expulsar el aire que pueda haber entrado y/o mezclado con el agua en latubería o columna de la bomba, o bien para que, al producirse el vacio en la tunería, se permita la entrada de aire a esta y así no sea aplastada la tubería por la presión atmosférica.La Fig. 4.10, muestra este tipo de válvulas.

Fig. 4.9. Válvula de expulsión de aire.

Válvula Check o de Retención

Éste tipo de válvulas se representa en la Fig. 4.11, la cuales sirven para impedir que elflujo en la tubería pueda dirigirse en ambos sentidos. En general, una válvula de este tiposiempre deberá instalarse en la tubería de descarga de la bomba para evitar que las ondasdel golpe de ariete, al cerrar una válvula, puedan llegar hasta la bomba misma.

Fig. 4.11. Válvula Check.

7/21/2019 16



72

Válvula de Compuerta

La válvula de compuerta se emplea con el objeto de aislar (bloquear) en un momentodado algún elemento o sección del sistema para poder efectuar una reparación, inspección odar mantenimiento, sin que se interrumpa totalmente el servicio. Esta válvula se instala enla descarga de la bomba, después de la válvula de alivio; pero, pudieran ser necesarias y ensitios diferentes, según el proyecto.

Fig. 4.12. Válvula de compuerta.

Junta Flexible

Se recomienda para absorber algunos movimientos ocasionados por el trabajo de la bomba, pequeños desalineamientos producidos durante el montaje del conjunto y paradesconectar con facilidad la unidad de bombeo cuando se requiera. Generalmente, seemplean las juntas Dresser y Gibault o algún otro elemento similar.

4.4 CONSIDERACIONES PARA MONTAJE DEL EQUIPO DE BOMBEO

Los sistemas de bombeo del tipo de pozo profundo son los que implican ciertos problemas en su instalación, y si ésta es defectuosa, representa un mantenimiento difícil ycostoso. En este punto se mencionaran consideraciones para su montaje.

7/21/2019 16



73

Cimentos

Un cimento macizo no es necesario para esta unidad de bombeo, pero una base deconcreto o acero fabricado deber ser provisto para soportar el peso de la bomba cuando se

encuentre trabajando. (El empuje hidráulico de los impulsores no se transmite a loscimentos. Es preciso asegurar que el hueco de los cimentos sea mayor que el diámetroexterno del cuerpo de la bomba o de la columna de descarga.

Alineamiento

La bomba está diseñada para operar en posición vertical con todas las piezas alineadascorrectamente. La bomba debe estar suspendida libremente desde los cimentos y no debeser forzada tanto al introducirla en el pozo y tampoco al nivelarla con los cimentos. Un malalineamiento causará vibraciones y fuerte desgaste en la bomba.

Efecto de Abrasivos

Ningún fabricante puede garantizar se material contra la acción erosiva de arena u otrosmateriales abrasivos en suspensión en el liquido a bombearse. Pequeñas cantidades deabrasivos pasaran a través de la bomba sin mayor efecto inmediato, pero es asunto detiempo. El trabajo continuo en estas malas condiciones dañara poco a poco todas las piezasgiratorias y sus soportes.

Equipo requerido para la Instalación

Para la instalación de bombas verticales, se necesita el siguiente equipo:

Una grúa o cualquier conjunto con suficiente capacidad para levantar la bombacompletamente armada.Abrazaderas para sujetar la columna de descarga.Llaves de cadena y llaves Stillson.Juego de herramientas de mecánico.

Descarga del equipo de bombeo

Debe tomarse sumo cuidado al descargar el equipo. Amárrese bien los estrobos para prevenir que se resbalen causando daño a la bomba o al personal. Actuar todo el tiempo con

el máximo de seguridad posible.

Revisión del Equipo

Al recibir la unidad revise cuidadosamente y confronte el contenido con la listarespectiva. Informe sobre cualquier daño percibido o falta de piezas, haciendo a la vez unacopia de éste informe.

7/21/2019 16



74

4.4.1 INSTALACION

Antes de la instalación debe verificarse su alineamiento y todas las roscas, tanto de laflechas como de los tubos y coples, y deben limpiarse con un trapo en buen estado (nunca

con estopa). Los coples se atornillan en cada tramo de flecha intermedia.

El primer paso en la instalación de la bomba es montar una abrazadera en la boca del pozo. Esta se abre de modo que pase el colador y el tubo de succión. A éste se le adaptaotra abrazadera para elevarlo con la garrucha y pasarlo por la boca del pozo donde seencuentra colocada la primera abrazadera. Se afirma el tubo de succión con la primeraabrazadera procurando que queden unos 60 cm de tubo libres arriba de ella con el fin de nodeformar la sección donde se encuentra la rosca.

Se procede entonces a levantar el juego de tazones y atornillarlo al tubo de succión conlas precauciones debidas.

Para la instalación de la columna de la bomba, primero se deberá ir armando cada tramode tubería asegurando la flecha con cáñamo o cable a la columna de descarga, y levantandoambos por medio de abrazaderas hasta colocarlos en posición de ir uniéndolos con los yainstalados en el pozo. Debe tenerse mucho cuidado en no maltratar la cuerda de la flecha alrealizar las maniobras, ni golpear los extremos de las tuberías cubre-flechas o de descarga para que no pierdan su forma circunferencial.

Las portachumaceras se colocan pasándolas sobre los extremos superiores de la flechascon la tapa hacia abajo. Debe verificarse si la chumacera de hule gira libremente y que nohaya en absoluto residuos de grasa en el interior de la portachumacera. Ésta va atornillada

en la rosca del cople del tubo de descarga, que debe quedar apretada, sin juego. Las portachumaceras y el cople del tubo tienen rosca a la derecha.

Las flechas de las secciones pre-armadas y elevadas con sus respectivas garruchas seatornillan a las flechas ya montadas, se pintan las roscas a unir con blanco de zinc olubricante especial para roscas y se aprietan con llaves de tubería. Todas las roscas deflecha son roscas a la izquierda. Después de esto, se unen los tubos de la columna dedescarga para lo cual se untan las roscas con aceite de ricino con plombagina (polvo degrafito), procurando siempre un cierre perfecto. Los tubos de la columna de descarga tienenroscas a la derecha.

4.4.1.1 Cronograma de Actividades

A continuación se detalla en la Fig. 4.13, el cronograma de ejecución esperado para seismeses de construcción del proyecto en forma trimestral, tanto en la fase de conducción dela línea principal como en la fase de construcción de obras civiles; como es el caso delcuarto de maquinas, cimentaciones, entre otros.

7/21/2019 16



75

Fig. 4.13. Cronograma de actividades.

7/21/2019 16



76

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE COSTOS

Cuando se invierte dinero en un proyecto, cualquiera que sea su tipo, el análisis decostos es una práctica importante que considerar dentro de éste ámbito, es por eso quedentro de este capítulo se analiza el proyecto de acuerdo a lo anterior. Por medio de esteanálisis se pretende determinar la conveniencia de un proyecto mediante la enumeración yvaloración posterior en términos monetarios de todos los costos derivados directa eindirectamente de dicho proyecto. Este método se aplica a obras sociales, proyectoscolectivos o individuales, empresas privadas, planes de negocios, entre otros.

5.1 VIABILIDADES

Para recomendar la aprobación de un proyecto de inversión, debemos enfrentar con dos

viabilidades pensando personalmente son las más importantes, entendiéndose porviabilidad; como la posibilidad o la conveniencia de realizar un proyecto.

Viabilidad Técnica.Viabilidad Económica.

5.1.1 VIABILIDAD TÉCNICA

La viabilidad técnica, que siempre debe establecerse con la ayuda de los técnicosespecializados en la materia, busca determinar si es posible física o materialmente realizarun proyecto.

5.1.2 VIABILIDAD ECONÓMICA

En el estudio de la viabilidad económica se pretende definir, mediante la comparaciónde beneficios y costos estimados de un proyecto, si es recomendable su implementación y posterior operación.

5.1.2.1 Criterios de Evaluación del Proyecto.

Los criterios más usados en la evaluación de proyectos son el Valor Actual Neto (VAN)

y la Tasa Interna de Retorno (TIR). Éstos emplean herramientas financieras que consideranel valor del dinero a través del tiempo [16].

Valor Actual Neto (VAN). Este valor compara todos los ingresos y egresos del proyecto en un solo momento de un cierto tiempo, a esto también se le conoce comoflujos de efectivo. La razón de esto, es que es más fácil apreciar la magnitud de lascifras en el momento más cercano al que se deberá tomar la decisión.

7/21/2019 16



77

Cuando se calcula este valor (que no es más que los ingresos menos egresos), seobtiene un valor inferior al que se tendría por la simple suma de esos valores. Estareducción se debe a que se le restó al flujo, el costo del capital, o sea, lo que elinversionista le exige al proyecto. Es decir, el valor actual del flujo neto refleja lo

que queda después de pagar los costos y ganar lo que el inversionista quiere. Secalcula mediante la suma de los ingresos y los egresos menos la inversión.

Si el VAN es mayor que el valor cero, el proyecto es más rentable, si es igual acero, el proyecto entrega la rentabilidad esperada, y si es menor a cero, larentabilidad del proyecto es menor y el inversionista no alcanza a ganar todo lo quequiere.

Tasa Interna de Retorno (TIR). La tasa interna de retorno es la tasa que hace que elVAN sea igual a cero, es un tasa de costo que muestra al inversionista la decisión deinvertir o no. Para efectuar el cálculo de la tasa interna de retorno, el valor presente

neto debe ser igual a cero, es decir la suma de los ingresos y los egresos menos lainversión deben ser igual a cero.

Si el VAN es cero, la TIR es igual a la tasa exigida en el proyecto, si el Van es positivo la TIR es mayor que la tasa exigida y si el VAN es negativo la TIR esinferior a la tasa exigida [16].

5.1.2.2 Inversión Inicial

La inversión inicial corresponde a la cantidad de dinero desembolsada para adquisición

de equipos, mobiliario, vehículos, entre otros, junto con la construcción de obras físicas.Cabe mencionar que; quien invertirá totalmente en este proyecto será CNA con 41.5 mdp,siendo así, dentro de este capítulo se analiza la viabilidad económica para realizarlo.

Para nuestro caso particular, consideramos los costos de instalación junto con materiales.Los costos de instalación incluyen: motor, bomba, tuberías, accesorios, obras anexas, entreotros. Los precios de la bomba dependen del tamaño, determinado por el caudal, la cargatotal y la eficiencia. Para optimizar costos el motor debe ser elegido de acuerdo a la potencia máximo de servicio y no sobredimensionando como ocurre muchas veces.

Solo para la elaboración de este proyecto se tomaron en cuenta los materiales para la red

hidráulica, el proyecto electromecánico; para la energización de los motores y algunasobras anexas como es el caso de la casa de bombas junto con la instalación de éstos. Todolo mencionado se muestra en la Tabla 5.1.

7/21/2019 16



78

EQUIPO Y MATERIALES

PART. DESCRIPCION UNIDAD CANT.COSTO

UNITARIOTOTAL

1

Bomba Vertical tipo Turbina de PozoProfundo Modelo 9AS1H, Mca. ASPUMPS. Primer Paso con diámetro deimpulsor: 7“.Lubricada con Agua.

Pza. 1 $39,800.00 $ 39,800.00

2Paso Adicional, Modelo 9AS1H, Mca.AS PUMPS. Diámetro de impulsor: 7“Lubricada con Agua.

Pza. 8 $10,400.00 $ 83,200.00

3Cabezal de Descarga. LubricaciónAgua 4X4. Mca. AS PUMPS

Pza. 1 $8,800.00 $ 8,800.00

4 Motor Vertical 60 HP, 230/460 V,60Hz, 4 polos, 1800 RPM. Armazón365TP. Alta Eficiencia. Mca. US.

Pza. 1 $181,500.00 $ 181,500.00

5Flecha de Acero Inoxidable 416, 13/16”

Pza. 1 $2,457.00 $ 2,457.00

6Mariposa Bronce de 4”X1 ¾”X1” conHule Mca. Warson.

Pza. 1 $1,539.00 $ 1,539.00

7Flecha Intermedia Lubricación agua 13/16” Acero 1045 Metalizada 3.05mts.

Pza. 1 $ 2,363.00 $ 2,363.00

8Tubo de 4” X 3.05 mts, Rosca Recta

C-40 con Cople.Pza. 1 $3,799.00 $ 3,799.00

9Válvula de compuerta de diámetro152.4 mm (6 pulgadas)

Pza. 1 $3,500.00 $ 3,500.00

10Válvula de retención (Check) dediámetro de 152.4 mm (6 pulgadas)

Pza. 1 $3,850.00 $ 3,850.00

11Válvula de Expulsión de aire. 62RF,5262RTJ, 5262WE (6”)

Pza. 1 $2,985.15 $ 2,985.15

12Medidor de Flujo tipo propela conconexión bridada hasta 21.0 kg/cm2

Pza. 1 $4,130.00 $ 4,130.00

13Manómetro de caratula de 101.6 mm.Rango de 1 a 28 kg/cm2 Pza. 1 $2,095.00 $ 2,095.00

14

Tubo de acero al carbón de diámetrode 152.4 mm (6 pulgadas), cedula 40con costura, con roscado tipo cónicoen los extremos, en tramos de 3m

Pza. 120 $1,302.00 $ 156,240.00

7/21/2019 16



79

15Cople de diámetro de 152.4mm (6

pulgadas) con roscado interior tipocónico

Pza. 60 $160.00 $ 9,600.00

16 Colador tipo Cónico. Mca. WARSON Pza. 2 $3,750.00 $ 7,500.00

17Codo a 45° de diámetro de 152.4 mm(6 pulgadas)

Pza. 20 $980.00 $ 19,600.00

18Codo a 90° de diámetro de 152.4 mm(6 pulgadas)

Pza. 5 $1,050.00 $ 5,250.00

19 Té de acero de 152.4 mm (6 pulgadas) Pza. 2 $1,120.00 $ 2,240.00

20 Electro nivel en el Ademe Pza. 1 $4,600.00 $ 4,600.00

21Bultos de Cemento para cimentaciónde cuarto de bombas

Pza. 850 $248.00 $ 210,800.00

22

Transformador Eléctrico Trifásico

Tipo Pedestal de 75 KVA, 23 KV -428/277 V Pza. 1 $247,213.00 $ 247,213.00

23Arrancador a Tensión Reducida conelementos térmicos para motor de 60hp

Pza. 1 $2,841.00 $ 2,841.00

24Rollo de Cable Eléctrico de uso rudo.Calibre 3X10 AWG

Pza. 1 $3,194.79 $ 3,194.79

25 Apartarrayos de Porcelana 23000 V Pza. 3 $852.00 $ 2,556.00

26Terminal tipo Codo con Corta Fusible20 Amp

Pza. 3 $10,500.00 $ 31,500.00

27 Soldadura Estaño en barra kg 1.5 $284.50 $ 426.75

28Cable calibre 1/0 THWW para líneasde alimentación al transformadoreléctrico.

Mt 120 $362.20 $ 43,464.00

29Cable 2/0 desnudo para sistema detierras

Mt 25 $203.00 $ 5,075.00

30Varilla para tierra comercial 5/8" x 3.0mts.

Pza. 5 $145.87 $ 729.35

31Tubo PVC uso pesado 3 mts para cepade ductos de cable de Baja Tensión

Mt 150 $142.00 $ 21,300.00

32 Registro de media tensión en banquetaTipo 3, 1.16 X 1.16 X 0.90 S/TAPA

Pza. 1 $6,077.00 $ 6,077.00

33Bota termocontráctil de alta densidadde 4 "

Pza. 1 $1,039.00 $ 1,039.00

34Cruceta 40, para transición de líneaaérea de 23 KV

Pza. 1 $595.25 $ 595.25

SUBTOTAL $ 1,121,859.29

7/21/2019 16



80

INSTALACIÓN DE LOS EQUIPOS (Mano de Obra)


UNITARIOTOTAL

1Excavación y relleno de zanjas parared hidráulica

Hr/Maq 15 $10,265.00 $ 153,975.00

2Armado de cabezal y armado detuberías

Hr/Maq 6 $14,987.20 $ 89,923.20

3Instalación de Equipo de Bombeo yRealización de Pruebas

Hr/Maq 4 $15,070.00 $ 60,280.00

4 Obra Civil. Trazo y Nivelación. Partida 1 $ 66,388.00 $ 66,388.00

5Armado de poste para transición aéreade CFE. - Circuitos en Baja Tensión. -Registros. -Sistema de Tierras

Partida 1 $ 234,871.36 $ 234,871.36

SUBTOTAL $ 605,437.56

CONSTRUCCIÓN DE OBRAS ANEXAS


UNITARIOTOTAL

1 Casa de Bombeo Partida 2 $200,120.00 $ 400,240.00

2 Nicho para medidor de CFE Partida 1 $2,600.00 $ 2,600.00

SUBTOTAL$ 402,840.00

$ 2,130,136.85

I.V.A $ 340,821.90

TOTAL $ 2,470,958.75

Tabla 5.1. Costo total de materiales e instalación de los mismos.

5.1.2.3 Tiempo de Evaluación del Proyecto

El tiempo de evaluación del proyecto corresponde al periodo de tiempo en el cual seespera recuperar la inversión inicial, obteniendo a la vez las ganancias respectivas,generalmente se opta por evaluar el proyecto durante el tiempo que se espera dure la vidaútil del equipo instalado.

7/21/2019 16



81

5.1.2.4 Ingresos y Egresos Estimados para el Proyecto

Como se ha citado, para poder determinar los valores del VAN y el TIR, es necesariosaber los ingresos y egresos para que a partir de ahí, se evalué la viabilidad del proyecto.

Los ingresos que se consideran para este tipo de proyectos son; el pago por prestación deservicios de agua potable, pago de consumo de agua por metro cubico e ingresos pormantenimiento del servicio. De acuerdo con tarifas de consumo de agua y prestación dederechos de prestación de servicio son de $39.98 (tarifa domestica, que también incluyemantenimiento del servicio) y $ 129.10 respectivamente.

La Tabla 5.2, muestra los ingresos totales proyectados a 5 años; tiempo en el cual se pretende recuperar la inversión total para la infraestructura del Municipio, mostrando quedentro del primer año, los ingresos serán un poco mayores a los posteriores, debido a lasventas proyectadas por concepto de la prestación del servicio de agua potable. También, se

toma en cuenta los pagos por consumo de agua (en m3) en relación al consumo individualde cada habitante durante un año, que posteriormente se proyectan cada año derivado de latasa de crecimiento poblacional.

Año Ingreso Mensual Ingreso Anual

1 $ 1,559,594.81 $ 18,715,137.752 $ 1,075,336.06 $ 12,904,032.763 $ 1,112,255.59 $ 13,347,067.134 $ 1,150,342.54 $ 13,804,110.495 $ 1,230,602.39 $ 14,767,228.69

Tabla 5.2. Ingresos estimados.

En relación a los egresos para el proyecto podemos mencionar los sueldos operativos,gastos por servicios básicos y gastos por operación y mantenimiento del servicio. Conrespecto a los sueldos operativos planificados al momento de iniciar el proyecto de agua potable, se detalla cada uno en la Tabla 5.3.

Cantidad Descripción Monto Mensual Monto Anual1 Ingeniero $ 12,000.00 $ 144,000.001 Contador $ 7,000.00 $ 84,000.001 Secretaria $ 4,500.00 $ 54,000.002 Operadores $ 6,400.00 $ 76,800.001 Gte. Gral $ 20,000.00 $ 240,000.00

Total Anual $ 598,800.00Tabla 5.3. Sueldos planificados.

Los gastos por servicios básicos se muestran dentro de la Tabla 5.4, también se incluyengastos estimados por operación y mantenimiento en el sistema hidráulico para el servicio desuministro de agua potable.

7/21/2019 16



82

Descripción Monto Mensual Monto AnualAgua $ 36.62 $ 439.44Luz $ 1,800.00 $ 21,600.00

Teléfono $ 2,300.00 $ 27,600.00

Alquiler $ 10,000.00 $ 120,000.00Papelería $ 2,300.00 $ 27,600.00

Operación yMantto. del

servicio$ 5,000.00 $ 60,000.00

Total Anual $ 257,239.44Tabla 5.3. Otros gastos planificados.

Realizadas las estimaciones de los egresos e ingresos para el proyecto, podrá realizarseel análisis económico para determinar si es viable la inversión.

5.1.2.5 Evaluación Económica del Proyecto

Con las variables y criterios de evaluación ya definidos podemos evaluareconómicamente el proyecto mediante el VAN y la TIR. Para evaluarlo se analizaran todaslas variables descritas anteriormente, por lo que dentro de la Tabla 5.4, se obtienen losresultados.

Tabla 5.4. Proyección de egresos e ingresos.

Según los datos obtenidos se estima que los flujos netos de efectivo actualizados al añocero, proporcionan un VAN de $ 4, 098,866.05 positivo, aceptándose el proyecto ya que seobtiene un valor positivo, por otro lado, los flujos de efectivo proyectados logran cubrir lainversión en los cinco años. Y a lo que a la Tasa Interna de Retorno (TIR) respecta, seobtuvo que el proyecto logra cubrir el requerimiento en un 17.16%, lo cual cubre lasexpectativas de los inversionistas.

Concepto 0 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Saldo acumulado venta de derechos

Ingresos por mantenimiento del servi

Ingresos por suministro de agua pota

Total de Ingresos 18,715,137.75$ 12,904,032.76$ 13,347,067.13$ 13,804,110.49$ 14,278,665.10$ 14,767,228.69$

Sueldos 598,800.00$ 616,764.00$ 635,266.92$ 654,324.93$ 673,954.68$ 694,173.32$Gastos de operación y mantenimiento 60,000.00$ 60,900.00$ 61,813.50$ 62,740.70$ 63,681.81$ 64,637.04$

Gastos por servicios basicos 197,239.34$ 226,825.24$ 260,849.03$ 299,976.38$ 344,972.84$ 396,718.76$

Total de Egresos 856,039.34$ 904,489.24$ 957,929.45$ 1,017,042.01$ 1,082,609.33$ 1,155,529.12$

Utilidad antes del Impuesto 17,859,098.41$ 11,999,543.52$ 12,389,137.68$ 12,787,068.48$ 13,196,055.77$ 13,611,699.57$

Impuestos 2,678,864.76$ 1,799,931.53$ 1,858,370.65$ 1,918,060.27$ 1,979,408.37$ 2,041,754.94$

Utilidad Neta 15,180,233.65$ 10,199,611.99$ 10,530,767.03$ 10,869,008.21$ 11,216,647.40$ 11,569,944.64$

Inversíon 41,500,000.00$

Flujo neto de efectivo -$ 15,180,233.65$ 7,579,973.24$ 6,746,616.71$ 6,002,856.48$ 5,340,391.82$ 4,748,794.16$

Flujo netos descontados -$ 12,545,647.64$ 5,177,223.71$ 3,808,289.25$ 2,800,376.85$ 2,058,952.23$ 1,513,112.17$

VAN 4,098,866.05$

TIR 17.16%

14,767,228.69$

INGRESOS

EGRESOS

UTILIDAD

OTROS FLUJOS

18,715,137.75$ 12,904,032.76$ 13,347,067.13$ 13,804,110.49$ 14,278,665.10$

7/21/2019 16



83

CONCLUSIONES

Sin duda alguna es de suma importancia el realizar proyectos como éste; proyectos quecontribuyan al desarrollo del país, y como es de saberse el abastecimiento de agua es una delas muchas necesidades que existen en cualquier lugar del mundo. Para poder realizar estetipo de proyectos hace falta la participación de profesionistas que mediante la experiencia yconocimientos; planteen, desarrollen y dirijan este tipo de propósitos.

Podemos concluir que los beneficios que obtendrá la región de Zimapán son lassiguientes:

Utilizando la mecánica de fluidos y la teoría de maquinas hidráulicas; con la

importancia de emplearlos de una forma adecuada con el cálculo de todas lasvariables, se tuvo como resultado un sistema que trabaje en óptimas condicionescon un funcionamiento eficiente con el diseño óptimo que, respetandoespecificaciones técnicas para su construcción, determina un sistema con una vidaútil mayor.

El diseño del sistema de extracción de agua potable por bombeo para la poblaciónde Zimapán, estará beneficiando directamente a 7, 125 personas al entregar elrecurso del agua potable, necesario para realizar sus tareas comunes y así satisfacersus necesidades.

El diseño óptimo de la infraestructura hidráulica será el mayor logro que cubrirá lanecesidad de la región de garantizar el abasto de agua potable las 24 horas del díadurante 10 años.

Al estar garantizado el abasto, las personas de la comunidad no tendrán que emplear parte de su tiempo para obtener el agua de consumo acarreándola de pozos yriachuelos, lo cual beneficia directamente ya que este tiempo puede ser empleado por los habitantes para realizar actividades que ayuden en su desarrollo comoindividuos.

El agua extraída del pozo llegará a una planta potabilizadora y asegurará las

condiciones adecuadas para su consumo, una vez tratada esta agua estará limpia ylibre de elementos que pudiera contener el agua de río o pozo extraída por loshabitantes en forma rudimentaria.

7/21/2019 16


ANEXOS

84

A N E X O S

ANEXO A RELACIÓN DE PLANOS DEL PROYECTO

Plano IH-DT-01 Plano de Detalles (Diagrama de Instalación).Plano IH-DT-02 Plano de Detalles (Especificaciones para Instalación de Bomba).Plano IH-DT-03 Plano de Detalles (Excavación de Zanjas).Plano IH-IS-01 Plano Isométrico del Sistema Hidráulico.Plano IE-DT-01 Plano de Detalles (Alimentación Eléctrica).

7/21/2019 16


85

7/21/2019 16


86

7/21/2019 16


87

7/21/2019 16


88

7/21/2019 16


89

7/21/2019 16


ANEXOS

90

ANEXO B ESPECIFICACIONES PARA SISTEMAS DE AGUA POTABLE

Soportes elevados de concreto para tubería de acero. Instalados en tramos rectos [2].

7/21/2019 16


ANEXOS

91

Soportes elevados de concreto para tubería de acero. Instalados en curvas horizontales [2].

7/21/2019 16


ANEXOS

92

Anclajes mínimos en sistemas de distribución de agua potable [14].

7/21/2019 16


ANEXOS

93

ANEXO C PROPIEDADES DEL AGUA

TemperaturaPeso Específico Densidad

ViscosidadDinámica

ViscosidadCinemática

γ ρ µ ν

(°C) (kN/m3) (kg/m3) (Pa.s) o (N.s/m2) (m2/s)

0 9.81 1000 1.75 x 10-3 1.75 x 10-6

5 9.81 1000 1.52 x 10-3 1.52 x 10-6

10 9.81 1000 1.30 x 10-3 1.30 x 10-6

15 9.81 1000 1.15 x 10-3 1.15 x 10-6

20 9.79 998 1.02 x 10-3 1.02 x 10-6

25 9.78 997 8.91 x 10-4 8.94 x 10-7

30 9.77 996 8.00 x 10-4 8.03 x 10-7

35 9.75 994 7.18 x 10-4 7.22 x 10-7

40 9.73 992 6.51 x 10-4 6.56 x 10-7

45 9.71 990 5.94 x 10-4 6.00 x 10-7

50 9.69 988 5.41 x 10-4 5.48 x 10-7 55 9.67 986 4.98 x 10-4 5.05 x 10-7

60 9.65 984 4.60 x 10-4 4.67 x 10-7

65 9.62 981 4.31 x 10-4 4.39 x 10-7

70 9.59 978 4.02 x 10-4 4.11 x 10-7

75 9.56 975 3.73 x 10-4 3.83 x 10-7

80 9.53 971 3.50 x 10-4 3.60 x 10-7

85 9.50 968 3.30 x 10-4 3.41 x 10-7

90 9.47 965 3.11 x 10-4 3.22 x 10-7

95 9.44 962 2.92 x 10-4 3.04 x 10-7

100 9.40 958 2.82 x 10-4 2.94 x 10-7

Unidades del Sistema Internacional [13].

7/21/2019 16


ANEXOS

94

ANEXO D PROPIEDADES DE LA ATMOSFERA

Altitud Temperatura Presión Densidad

(m) (°C) (kPa) (kg/m3)

0 15.00 101.3 1.225

200 13.70 98.9 1.202

400 12.40 96.6 1.179

600 11.10 94.3 1.156

800 9.80 92.1 1.134

1000 8.50 89.9 1.112

2000 2.00 79.5 1.007

3000 -4.49 70.1 0.9093

4000 -10.98 61.7 0.8194

5000 -17.47 54.0 0.7364

10000 -49.90 26.5 0.413515000 -56.50 12.11 0.1948

20000 -56.50 5.53 0.0889

25000 -51.60 2.55 0.0401

30000 -46.64 1.20 0.0184

Propiedades de la atmósfera, Unidades SI [13].

Altitud Temperatura Presión Densidad

(pie) (°F) (lb/pulg2) (slugs/pie3)

0 59 14.696 2.38 x 10-3

500 57.22 14.433 2.34 x 10-31000 55.43 14.173 2.25 x 10-3

5000 41.17 12.227 2.05 x 10-3

10000 23.34 10.106 1.76 x 10-3

15000 5.51 8.293 1.50 x 10-3

20000 -12.62 6.753 1.27 x 10-3

30000 -47.99 4.365 8.89 x 10-4

40000 -69.7 2.720 5.85 x 10-4

50000 -69.7 1.683 3.62 x 10-4

60000 -69.7 1.040 2.24 x 10-470000 -67.3 0.644 1.38 x 10-4

80000 -61.81 0.400 8.45 x 10-5

90000 -56.32 0.251 5.22 x 10-5

100000 -50.84 0.158 3.25 x 10-5

Propiedades de la atmósfera, Sistema Británico [13].

7/21/2019 16


ANEXOS

95

ANEXO E DIMENSIONES DE TUBO DE ACERO

Tamañonominal dela tubería

Diámetroexterior

Grosor de la pared Diámetro interior Área de flujo

(pulgadas) (pulg) (mm) (pulg) (mm) (pulg) (mm) (pie2) (m2)

1/8 0.405 10.3 0.068 1.73 0.269 6.8 0.000 394 3.660 x 10-5

1/4 0.540 13.7 0.088 2.24 0.364 9.2 0.000 723 6.717 x 10-5

3/8 0.675 17.1 0.091 2.31 0.493 12.5 0.00 133 1.236 x 10-4

1/2 0.840 21.3 0.109 2.77 0.622 15.8 .002 11 1.960 x 10-4

3/4 1.050 26.7 0.113 2.87 0.824 20.9 .003 70 3.437 x 10-4

1 1.315 33.4 0.133 3.38 1.049 26.6 0.006 00 5.574 x 10-4

1 1/4 1.660 42.2 0.140 3.56 1.380 35.1 0.010 39 9.653 x 10-4

1 1/2 1.900 48.3 0.145 3.68 1.610 40.9 0.014 14 1.314 x 10-3

2 2.375 60.3 0.154 3.91 2.067 52.5 0.023 33 2.168 x 10-3

2 1/2 2.875 73.0 0.203 5.16 2.469 62.7 0.033 26 3.090 x 10-3

3 3.500 88.9 0.216 5.49 3.068 77.9 0.051 32 4.768 x 10-3

3 1/2 4.000 101.6 0.226 5.74 3.548 90.1 0.068 68 6.381 x 10-3

4 4.500 114.3 0.237 6.02 4.026 102.3 0.088 40 8.213 x 10-3

5 5.563 141.3 0.258 6.55 5.047 128.2 0.139 0 1.291 x 10-2

6 6.625 168.3 0.280 7.11 6.065 154.1 0.200 6 1.864 x 10-2

8 8.625 219.1 0.322 8.18 7.981 202.7 0.347 2 3.226 x 10-2

10 10.750 273.1 0.365 9.27 10.020 254.5 0.547 9 5.090 x 10-2 12 12.750 323.9 0.406 10.31 11.938 303.2 0.777 1 7.219 x 10-2

14 14.000 355.6 0.437 11.10 13.126 333.4 0.939 6 8.729 x 10-2

16 16.000 406.4 0.500 12.70 15.000 381.0 1.227 0.1140

18 18.000 457.2 0.562 14.27 16.876 428.7 1.553 0.1443

20 20.000 508.0 0.593 15.06 18.814 477.9 1.931 0.1794

24 24.000 609.6 0.687 17.45 22.626 574.7 2.972 0.2594

Cédula 40 (C-40) [13].

7/21/2019 16


ANEXOS

96

ANEXO F FACTORES DE CONVERSIÓN

Longitud

1 pie = 0.3048 m 1 km = 1000 m

1 pulg = 25.4 mm 1 cm = 10 mm1 m = 1000 mm

Área

1 pie2 = 0.0929 m2 1 m2 = 10.76 pies2

1 pulg2 = 645.2 mm2 1 m2 = 106 mm2

Volumen

1 pie3 = 7.48 gal 1 gal = 0.003 79 m3

1 pie3 = 1728 pulg3 1 gal = 3.785 L

1 pie3 = 0.0283 m3 1 m3 = 1000 L

1 gal imperial = 1.201 gal ( EUA)

Velocidad de fl ujo de volumen

1 pie3/s = 449 gal/min 1 gal/min = 3.785 L/min

1 pie3/s = 0.0283 m3/s 1 L/min = 16.67 x 10-6 m3/s

1 gal/min = 6.309 x 10-5 m3/s 1 m3/s = 60 000 L/min

Temperatura Presión

T (°C) = [T (°F)-32]5/9 1 bar = 100 kPa

T (°F) = 9/5[T (°C)]+32 1 bar = 14.50 lb/pulg2

Densidad Energía

1 slug/pie3 = 515.4 kg/m3 1 lb-pie/s = 1.356 J

1 Btu = 1.055 kJ

1 W-h = 3.600 kJ

Peso específico

1 lb/pie3 =157.1 N/m3

Potencia

1 hp = 550 lb-pie/s 1 lb-pie/s = 1.356 W

1 hp = 745.7 W 1 Btu/h = 0.293 W

Sistema Británico de Unidades a Sistema Internacional [13].

7/21/2019 16


ANEXOS

97

Cantidad Unidad Inglesa Unidad SI SímboloUnidades

equivalentesLongitud 1 pie = 0.3048 metro m -

Masa 1 slug = 14.59 kilogramos kg -

Tiempo 1 segundo = 1.0 segundo s -

Fuerza 1 libra (lb) = 4.448 newton N kg . m/s2

Presión 1 lb/pulg2 = 6895 pascal Pa N/m2 o kg/m . s2

Energía 1 lb/pie = 1.356 joule J N . m o kg . m2 /s2

Potencia 1 lb-pie/s = 1.356 watt W J/s

Otros factores de conversión utilizados [13].

ANEXO G PÉRDIDAS POR FRICCIÓN

Pérdidas de fricción en accesorios [4].

7/21/2019 16


ANEXOS

98

Pérdidas de carga por fricción en la columna de bombas tipo turbina. En metros por cada 100 metros o en pie por cada 100 pies. Para gastos de 3,15 a 47,31 lps (50 a 750 gpm) [10].

Pérdidas de carga por fricción en la columna de bombas tipo turbina. En metros por cada 100 m o en pie porcada 100 pies. Para gastos de 50,46 a 315,40 lps (800 a 5000 gpm) [10].

7/21/2019 16


ANEXOS

99

Diagrama de Moody [13]

7/21/2019 16


ANEXOS

100

ANEXO H MECÁNICA DE FLUIDOS E INGENIERÍA HIDRAÚLICA

TERMINOS Y DEFINICIONES [5]

Abatimiento. Diferencia entre el nivel estático y el nivel dinámico, que es función y

generado por el de bombeo.Acuífero. Estructura Geológica estratigráfica sedimentaria, cuyo volumen de poros estáocupado por agua en movimiento o estática.

Ademe. Tubo generalmente metálico o de policloruro de vinilo (PVC), y espesor definidos,liso o ranurado, cuya función es evitar el derrumbe o el colapso de las paredes del pozo queafecten la estructura integral del mismo; en su porción ranurada, permite el flujo del aguahacia los elementos mecánicos de impulsión de la bomba.

Aforo. Medición del volumen de agua que produce una fuente por unidad de tiempo.

Agua Potable. Agua que por su calidad física, química y microbiológica es apta para elconsumo humano y cumple con las normas de calidad del agua.

Bomba. Máquina hidráulica que convierte la energía mecánica en energía de presión,transferida al agua.

Bomba Vertical Tipo Turbina. Diseño específico de una bomba centrífuga que opera conel eje de rotación vertical y parcialmente sumergida en el fluido que maneja, su mayoraplicación es la extracción de agua de pozos profundos para irrigación, abastecimientomunicipal y abastecimientos industriales.

Cabezal de Descarga. Pieza integral compuesta del soporte del motor, de la columna, codode descarga y brida de columna.

Carcasa. Cubierta de la bomba con espesor adecuado para soportar diferentes presiones yque incluye el espacio para el impulsor, la voluta o difusor y las boquillas de succión ydescarga.

Carga. Es el contenido de energía mecánica que requiere la bomba para mover el aguadesde el nivel dinámico hasta el punto final.

Carga de velocidad. Un líquido que se mueve en un tubo a cualquier velocidad, posee unaenergía cinética debido a su movimiento. La columna de velocidad es la distancia de caídanecesaria para que el líquido adquiera una velocidad dada. Dependiendo de la naturaleza dela instalación de bombeo, la columna de velocidad puede o no ser un factor importante enla columna total de la bomba.

Carga de Fricción. Se mide en metros columna de agua, y es la columna de equivalentenecesaria para vencer la resistencia de las tuberías, válvulas y aditamentos del sistema de bombeo. La columna de fricción existe tanto en el extremo de succión como el de descarga

7/21/2019 16


ANEXOS

101

de una bomba, y varía con la velocidad del líquido, tamaño del tubo, condición interior deltubo, tipo de tubo y naturaleza de líquido que se maneja. La Fig. H.1, señala las pérdidasde fruición para tamaños típicos comunes de tubos de hierro y acero forjado. Cedula 40.

La resistencia de los aditamentos de los tubos generalmente se expresan en función de la

longitud equivalente de tubo recto de la misma dimensión del accesorio.

Fig. H.1. Perdida de fricción en el tubo para Agua.

Carga Dinámica de Succión. Es la carga estática de succión, más la carga de velocidad enla brida de succión de la bomba, menos la carga de fricción en la línea de succión.

Carga Estática Total. Es la distancia vertical, en metros, entre el nivel se suministro y elnivel de descarga del liquido que se maneja.Carga Total ó Carga Dinámica Total. Es la carga dinámica de descarga, menos la cargadinámica de succión o más la altura dinámica de succión.

7/21/2019 16


ANEXOS

102

Carga Neta Positiva en la Succión. Medida de la cantidad de carga existente en la succión para prevenir la vaporización del líquido en el punto de menor presión de la bomba.

Caudal o gasto volumétrico. Razón a la cual el volumen de agua cruza la seccióntransversal del tubo en una unidad de tiempo.

Columna. Una columna de agua u otro líquido en un tubo vertical desarrolla una cierta presión (fuerza por unidad de área) sobre la superficie horizontal en el fondo del tubo. Esta presión pude expresarse en kilogramos por centímetro cuadrado kg/cm2, o como el númerode metros de líquido que ejerce una presión igual sobre la misma superficie. La altura de lacolumna del líquido que produce la presión en cuestión se conoce como columna sobre lasuperficie. Nótese que el peso del líquido que actúa sobre la superficie es lo que produce la presión.

Considérese una columna vertical de agua fría (0 a 27 ºC) aproximadamente, con una alturade 10 metros. Un medidor de presión conectada en la parte inferior de la columna,mostrara una presión d 1 kg/cm2. Pero con una columna de gasolina, cuya densidad es de0.75, se necesitan 13.30 metros de altura para producir la misma presión, 1 kg/cm2, en la base.Así, columna y presión son términos intercambiables, siempre y cuando se expresen en susunidades correctas. Para convertir un a la otra, úsese la ecuación siguiente.

Columna liquida en metrosdensidad

cmkg presión )/ _ (10 2

Columna de Descarga. Es la suma de la columna de descarga estática, la columna defricción de descarga y la columna de velocidad de descarga.

Columna Estática. En las aplicaciones de bombas, generalmente se le llama a la altura dela columna del líquido que actúa sobre la succión o descarga de la bomba, columna estáticaen la entrada o salida, y se expresa como un cierto número de metros de líquido. Lacolumna estática es la diferencia de elevación y puede calcularse para una variedad decondiciones que se encuentren en una instalación de bombeo.

Dotación. Cantidad de agua que se asigna a un habitante para su consumo por día.

Eficiencia o rendimiento de la bomba. Es la proporción de la potencia de salida de la bomba entre la potencia de entrada a la bomba, se expresa en porcentaje.

Elevación Estática de Succión. Es la distancia vertical, en metros, del nivel de suministrode líquido al eje central de la bomba, encontrándose la bomba arriba del nivel desuministro. Las distancias horizontales no se consideran como parte de la elevación desucción estática, por lo que respecta a elevación.Elevación de Succión. Numéricamente es la suma de la elevación estática de succión, lacolumna de fricción de succión y las pérdidas de admisión en el tubo de succión. Nótese

7/21/2019 16


ANEXOS

103

que la columna de fricción en succión, incluye la fricción en el tubo y todos los accesoriosen la línea de succión.

Estación o Planta de Bombeo. Conjunto de estructuras, instalaciones y equipos que permiten elevar el agua de un nivel inferior a otro superior, haciendo uso de equipos de

bombeo.Junta. Material resistente usado para sellar la unión entre el mamelón del impulsor ytornillo del impulsor.

Nivel Dinámico. Distancia medida desde la superficie del terreno hasta el nivel de agua enel pozo producido por el bombeo.

Impulsor. Elemento rotativo de la bomba con álabes donde entra el líquido y es impulsado,convirtiendo la energía mecánica disponible del accionador en energía cinética a la salidadel impulsor.

Nivel Estático. Distancia desde la superficie del terreno hasta el nivel de agua en el pozo,no afectado por el bombeo.

Nivel Freático. Pozo que capta el agua de un acuífero libre.

Pérdidas de Admisión y Salida. Igual que un líquido que fluye en un tubo, existe una pérdida de fricción cuando un líquido entra al tubo de una fuente libre o sumergida, odescarga a una región similar. Las pérdidas que ocurren en la entrada del tubo se conocencomo perdidas de admisión mientras que las de salida se conocen como perdidas de salida;en ambos casos, las perdidas reducen la columna de velocidad en el punto que se considera.Para disminuir las pérdidas de admisión, generalmente se usa un tubo de succiónacampanado. Para reducir las pérdidas de salida puede usarse un ahusamiento alargado enla salida del tubo.

Pozo Profundo. Pozo excavado mecánicamente y posteriormente entubado, del cual seextrae agua en forma mecánica desde cualquier profundidad.

Pozo Somero. Pozo de agua generalmente excavado a mano, que sirve para obtener aguadel nivel freático principalmente para uso doméstico.

Presión. En los problemas de bombas, generalmente se consideran tres tipos de presión:absoluta, barométrica, y de columna. Se usa un cuarto término, vacio, cuando lasinstalaciones operan debajo de la presión atmosférica pero no es un término de presión enel mismo sentido que los primeros tres.

La presión absoluta es la presión arriba del cero absoluto. Puede encontrarse arriba o debajode la presión atmosférica existente en el punto de consideración. La presión barométrica esla presión atmosférica de la localidad estudiada, y varias con las condiciones de latitud yclima. La presión de columna es la presión arriba de la atmosférica en la localidad en que semide. Un vacio es una presión de columna negativa.

7/21/2019 16


ANEXOS

104

Interpretación de las diferentes Presiones.

Aun cuando en muchos problemas de bombeo es posible trabajar en función de presionesde columna, hay algunos casos en los que el empleo de presiones absolutas da un mejorconcepto de las condiciones existentes y simplifica los cálculos requeridos. La decisión encuanto a que unidades se usen, generalmente es cuestión de preferencia personal, y dependede la experiencia pasada del diseñador y de sus preferencias.

Presión de Vapor. Todo líquido, a cualquier temperatura arriba de su punto decongelación, ejerce una presión debida a la formación de vapor en su superficie libre. Esta presión, conocida como presión de vapor del líquido, es función de la temperatura dellíquido: mientras más alta sea la temperatura, mayor será la presión de vapor. La presióndel vapor es un factor importante en las condiciones de succión de las bombas que manejan

líquidos de todos los tipos. En cualquier sistema de bombeo, la presión en cualquier puntonunca deber reducirse más allá de la presión de vapor correspondiente a la temperatura dellíquido, porque el líquido formará vapor que puede, parcial o totalmente hacer que cese elflujo del líquido en la bomba.

Tazón. Cámara ó recinto donde se aloja y gira el impulsor.

Tubo de Succión. Tramo de tubo recto que conduce el líquido al interior de la bombacolocado entre el colador y el primer tazón.

ECUACIONES FUNDAMENTALES DE INGENIERÍAEcuación de Bernoulli

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio deBernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea decorriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) [7],y expresaque en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_corriente


http://es.wikipedia.org/wiki/Daniel_Bernoulli

http://es.wikipedia.org/wiki/1738

http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Rozamiento

http://es.wikipedia.org/wiki/Rozamiento


http://es.wikipedia.org/wiki/1738






7/21/2019 16


ANEXOS

105

conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de surecorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1. Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3.

Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli)

consta de estos mismos términos.

22

2

2

2

1

2

1

1

1 V g z

P V g z

P Ec. H.1

(1 y 2 en la misma línea de corriente, fluido ideal)

Donde:

V = velocidad del fluido en la sección considerada. g = aceleración gravitatoria z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia. P = presión a lo largo de la línea de corriente.ρ = densidad del fluido.

Para aplicar la ecuación 2.3 se deben realizar los siguientes supuestos:

Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corrientesobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.

Caudal constanteFluido incompresible, donde ρ es constante.La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente.

Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la Ec. H.1 presentada en primerlugar por Leonhard Euler [14].

Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería.

Así el principio de Bernoulli puede ser visto como otra forma de la ley de laconservación de la energía, es decir, en una línea de corriente cada tipo de energía puede

subir o disminuir en virtud de la disminución o el aumento de las otras dos.

Esta ecuación permite explicar fenómenos como el efecto Venturi, ya que la aceleraciónde cualquier fluido en un camino equipotencial (con igual energía potencial) implicaría unadisminución de la presión. Gracias a este efecto observamos que las cosas ligeras muchasveces tienden a salirse de un automóvil en movimiento cuando se abren las ventanas, yaque la presión del aire es menor fuera del auto ya que está en movimiento respecto a aquélque se encuentra dentro del auto, donde la presión es necesariamente mayor; pero en forma

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_la_gravedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Cota

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)



http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal




http://es.wikipedia.org/wiki/Leonhard_Euler

http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_de_agua_en_tuber%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Venturi

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Venturi

http://es.wikipedia.org/wiki/Conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Flujo_de_agua_en_tuber%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Leonhard_Euler




http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal



http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cota

http://es.wikipedia.org/wiki/Gravedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_la_gravedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

7/21/2019 16


ANEXOS

106

aparentemente contradictoria el aire entra al carro, pero esto ocurre por fenómenos deturbulencia y capa límite.

Perdidas Primarias y Secundarias en las Tuberías.

Los conductos que se utilizan para transportar fluidos son de dos clases.

Conductos cerrados o tuberías en los cuales el fluido se encuentra bajo presión odepresión.Conductos abiertos o canales (acueductos, canales de riego, ríos, etc.)

Las pérdidas primarias son las pérdidas de superficie en el contacto del fluido con latubería, rozamiento de unas capas de fluido con otras o de las partículas de fluido entre sí.Tienen lugar en flujo uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería desección constante.

Las pérdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones,codos, válvulas, y en toda clase de accesorios de tubería. Si la conducción es larga las

pérdidas secundarias tienen poca importancia, pudiendo a veces despreciarse; o bien setienen en cuenta al final, sumando un 5 al 10 por 100 de las perdidas principales halladas.Si la conducción es corta y complicada las pérdidas secundarias pueden jugar un papel preponderante, y pueden incluso llegar a ser despreciables en comparación con ellas las pérdidas primarias.

Fig. H.2. Análisis Pérdidas Primarias

Pérdidas Primarias. Supongamos una tubería horizontal de diámetro constante D de la Fig . H.2 por la que circula un fluido cualquiera, cuya velocidad media en la tubería es v. laenergía en el punto 2 será igual a la energía en el punto 1 menos la energía perdida en trelos puntos 1 y 2, es decir, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas, que expresadaen alturas equivalentes será:

22

2

2

2

1

21

2

1

1

1 V z

g

P H

V z

g

P r

Ec. H.2

En el caso particular del ejemplo: z 1 = z 2 (tubería horizontal) y v1 = v2 (seccióntransversal constante). Luego

2121

21

rpr H H g

p p Ec. H.3

Donde este último término son las pérdidas entre 1 y 2.

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbulencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_l%C3%ADmite

http://es.wikipedia.org/wiki/Capa_l%C3%ADmite

http://es.wikipedia.org/wiki/Turbulencia

7/21/2019 16


ANEXOS

107

Perdidas Primarias y Secundarias.

Consideremos el esquema de conducción representado en la Fig. H.3, los tramos a-b, d-e, f-g, h-i, j-k, y l-m son tramos rectos de tubería de sección constante. En todos ellos se

originan perdidas primarias. En los restantes tramos se origina pérdidas secundarias: así F es un filtro, F-a desagüe de un deposito, b-c un codo, c-d un ensanchamiento brusco, e-f uncodo, g-h un ensanchamiento brusco, i-j un estrechamiento brusco y así sucesivamente.

La ecuación de Bernoulli escrita en el punto 1 y 2 es la misma.

Fig. H.3. Esquema de conducción [7].

En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías juegan un papel discriminante dosfactores: el que la tubería sea lisa o rugosa y el que el régimen de corriente sea laminar oturbulento.

Ecuación de Darcy-Weisbach.

Ya a finales del siglo pasado experimentos realizados con tuberías de agua de diámetroconstante demostraron que la perdida de carga era directamente proporcional al cuadradode la velocidad media en la tubería y a la longitud de la tubería e inversamente proporcionalal diámetro de la misma. La formula fundamental que expresa lo anterior queda de lasiguiente manera [7]:

g

v

D

L H rp

2

2

Ec. H.4

Donde:

H rp – pérdida de carga primaria λ - coeficiente de pérdida de carga primaria L – longitud de la tubería D – diámetro de la tuberíav – velocidad del fluido

7/21/2019 16


ANEXOS

108

Ecuación Fundamental de las Pérdidas Secundarias.

De uso universal en el mundo entero en los libros y formularios de hidráulica, y análogade Darcy-Weisbach para las perdidas primarias, es la siguiente [7]:

g

v

H rs 2

2

Ec. H.5

Donde:

H rs – pérdida de carga secundariaζ - coeficiente adimensional de pérdida de carga secundariav – velocidad media en la tubería, si se trata de codos válvulas y accesorios.

Longitud de Tubería Equivalente.

Este método consiste en considerar las pérdidas secundarias como longitudes

equivalentes, es decir, longitudes en metros de un trozo de tubería del mismo diámetro que produciría las mismas perdidas de carga que los accesorios en cuestión. Así en la Fig. H.3 cada codo, medidor de caudal y demás accesorios se sustituirían por su longitud de tuberíaequivalente, Le. Dicha ecuación se presenta a continuación.

g

v

D

L L H e

r 2

)( 2

Ec. H.6

Donde:

H r – suma total de perdidas primarias y secundarias λ – factor de fricción L - longitud total de los tramos rectos de tuberías Σ Le – suma de todas las longitudes equivalentes a los accesorios diversosv – velocidad media en la tubería [7].

7/21/2019 16


ANEXOS

109

Fig. H.4. Nomograma de pérdidas por rozamiento [7].

En el Nomograma de la Fig. H.4, es un ejemplo de aplicación de este método. Estenomograma consta de tres escalas: uniendo con una recta el punto de la escala izquierdacorrespondiente al accesorio de que se trata con el punto de la escala derechacorrespondiente al diámetro interior de la tubería, el punto de intersección de esta recta conescala central nos da Le del accesorio.

Existen también, tablas basadas en las ecuaciones antes citadas, que nos ayudan adeterminar dichas pérdidas, por otro lado existen algunas realizadas experimentalmente, unejemplo de este tipo de tablas podemos verlo en la Fig. H.5.

7/21/2019 16


ANEXOS

110

Fig. H.5. Longitud equivalente de tubo recto [4].

Factor de Fricción

La ecuación H.7 desarrollada por P.K. Swamee y A.K. Jane permite el cálculo directo

del valor del factor de fricción [7].

2

10 )9.0Re

74.5

7.3

1(log

25.0

D

Ec. H.7

Donde:

λ: factor de fricción

D: diámetro de la tubería [m]ε: rugosidad promedio de la pared de la tubería [m] Re: Número de Reynolds

Número de Reynolds

El comportamiento de un fluido, particularmente respecto a las pérdidas de energía,depende bastante de si el flujo es laminar o turbulento. Osborne Reynolds fue el primero en

7/21/2019 16


ANEXOS

111

demostrar que un flujo laminar o turbulento puede ser predicho si se conoce la magnitud deun número adimensional, conocido ahora como Número de Reynolds Re, los flujos quetienen un número de Reynolds grande, típicamente debido a una gran velocidad o a una baja viscosidad, o a ambas, tienden a ser turbulentos. Aquellos fluidos que poseen una altaviscosidad y/o se mueven a bajas velocidades tendrán un número de Reynolds pequeño y

tenderán a ser laminares.La ecuación H.8 muestra la definición básica del Número de Reynolds [7].

vDRe Ec. H.8

Donde:

Re: Número de Reynoldsv : Velocidad promedio de flujo D: Diámetro de la tubería

u: Viscosidad del fluidoPara aplicaciones prácticas en flujos de conductos, tenemos que si el número de

Reynolds para el flujo es menor de 2,000, el flujo es laminar. Tenemos también que si elnúmero de Reynolds es mayor que 4,000, se puede suponer que el flujo es turbulento.

Perdidas por Fricción en Columna

Perdidas por Fricción en Columna

Para caso particular de las Bombas Verticales tipo Turbina, existen tablas queexperimentalmente proporcionan datos referentes a las pérdidas por fricción en la columna

de succión de la bomba. Esto se determina sabiendo el caudal manejado por la bomba y eldiámetro de la tubería que se está empleando, además de la velocidad de flujo y la carga.Dichas tablas están elaboradas por el Instituto de Hidráulica publicado dentro de lasiguiente referencia; Hydraulic Institute Standards for Centrifugal, Rotary & ReciprocatingPumps. Para el cálculo de la perdidas en la columna del sistema para este proyecto, seutilizaron tablas anexadas dentro de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ENER-2000,Eficiencia Energética de Bombas Verticales tipo Turbina con motor externo [10].

BOMBAS

Para que un fluido fluya de un punto a otro en un ducto cerrado o en una tubería, esnecesario contar con una fuerza impulsora. Algunas veces, esta fuerza es la gravedadcuando hay diferencias de nivel. Por lo general, el dispositivo mecánico como una bomba,suministra la energía o la fuerza impulsora que incrementa la energía mecánica del fluido.Esta energía se puede usarse para aumentar la velocidad, la presión o elevación del fluido.En general, las bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos; agua, aceites delubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, entre otros.También se emplean para bombear los líquidos espesos con sólidos en suspensión, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

http://www.monografias.com/trabajos14/bombas/bombas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/cervza/cervza.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/lacte/lacte.shtml#compo

http://www.monografias.com/trabajos5/recicla/recicla.shtml#papel

http://www.monografias.com/trabajos5/recicla/recicla.shtml#papel

http://www.monografias.com/trabajos6/lacte/lacte.shtml#compo

http://www.monografias.com/trabajos11/cervza/cervza.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/aciba/aciba.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/bombas/bombas.shtml

7/21/2019 16


ANEXOS

112

CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas se clasifican con base en una gran cantidad de criterios, que van desde susaplicaciones, materiales de construcción, hasta su configuración mecánica. Ciertas bombas

funcionan con un movimiento alternativo y otras con movimiento de rotación continuo,aunque el sistema de movimiento no permite su clasificación desde el punto de vista delmovimiento rotacional; por el contrario, su modo de accionar sí permite clasificarlas.

Un criterio básico que incluye una clasificación general, es el que se basa en el principio por el cual se adiciona energía al fluido. Bajo este criterio las bombas pueden dividirsecomo se muestra en la Fig. H.6 .

Pistón Simple Efecto

Pistón Tubular Doble Efecto

Alternativas

Diafragma

Desplazamiento positivo

Pistón

Rotor Único Membrana Flexible

Rotativas Tornillo

Paletas

Lóbulos

BOMBASRotoresMúltiples Tornillos

PistónCircunferencial

Engranajes

Flujo Radial Aspiración Simple Impulsor Abierto

Flujo Mixto Aspiración DobleImpulsorSemiabierto

Centrífugas Impulsor Cerrado

Flujo Axial Aspiración Simple

Cinéticas

Periféricas

Especiales

Fig. H.6. Clasificación de las bombas centrifugas [10].

7/21/2019 16


ANEXOS

113

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Un tipo de bombas son las centrífugas, que se caracterizan por llevar a cabo dichatransformación de energía por medio de un elemento móvil denominado impulsor, rodete oturbina, que gira dentro de otro elemento estático denominado cuerpo o carcasa de la

bomba. Ambos disponen de un orificio anular para la entrada del líquido. Cuando elimpulsor gira, comunica al líquido una velocidad y una presión que se añade a la que teníaa la entrada.

Características de una Bomba Centrífuga.

Dentro del campo normal de aplicación, las características de una bomba centrífuga son:

1. Caudal uniforme, sin pulsaciones.2.

La presión o altura de elevación disminuye a medida que aumenta el caudal. Engeneral, a partir del punto de funcionamiento, cuando se cierra la válvula deregulación de la tubería de impulsión aumenta la presión y se reduce la potencia.Sin embargo, las bombas de alta velocidad específica (impulsor semi-axial o hélice)no cumplen esta norma general.

3.

La altura, medida en metros de columna de líquido, a la que eleva una bomba esindependiente de la naturaleza del líquido y, por tanto, la altura a la que impele una bomba es la misma, prescindiendo de la influencia que ejerce la viscosidad.

4.

La potencia absorbida por la bomba es proporcional al peso específico del líquidoelevado.

5. El par requerido para el arranque de una bomba centrífuga es pequeño y la potenciaabsorbida durante su funcionamiento de régimen es continua y libre de sobrecargas,cuando la altura no varía y no hay perturbaciones ajenas a la bomba en laaspiración.

FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS [4]

Las bombas centrífugas mueven un cierto caudal de líquido entre dos niveles; son pues,máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Loselementos constructivos de que constan son:

a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que girandentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la partemóvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hastael centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio dedirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo untrabajo.

Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento derotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga,

7/21/2019 16


ANEXOS

114

de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en lavoluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energíade presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de

bomba y evacuados por la tubería de impulsión.La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la

separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación vaaumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura deimpulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabesque guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta.

c) Una tubería de impulsión, la finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a granvelocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida deimpulsión de la bomba.

La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad(transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión),aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y lacarcasa aumenta

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrífuga aunque existen distintostipos y variantes.

Clasificación según la dirección del flujo de acuerdo a la trayectoria del fluido en elinterior del impulsor.

Bomba de flujo radial. El movimiento del flujo se inicia en un plano paralelo al ejedel giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a este. Estas bombas pueden ser verticales y horizontales

Bomba de flujo axial. La dirección del fluido en el impulsor es en forma axial yalrededor del eje de giro del impulsor de la bomba, sin tener cambios de dirección.Estas bombas desarrollan su carga por la acción de un impulsor o elevación de losálabes sobre el líquido y usualmente son bombas verticales de un solo paso.

Bomba de flujo radio axial, o mixto. El movimiento del fluido dentro del impulsor

se desarrolla en tres direcciones, tangencial, radial y axial al eje de giro del impulsorde la bomba. Estas bombas desarrollan su carga parcialmente por fuerza centrífugay parcialmente por el impulsor de los álabes sobre el líquido.

7/21/2019 16


115

REFERENCIAS

Bibliografía

1.

PÉREZ, Fidel. Dinámica del Arsénico en Aguas Subterráneas de Pozos ySedimentos del Distribuidor General de Agua Potable de Zimapán. Trabajo deTitulación (Doctor en Ciencias Químicas). México: DoucUC, UniversidadAutónoma del Estado de Hidalgo, 2004. 132 p.

2. ARROCHA, Simón. Abastecimientos de Agua, Teoría y Diseño. 1ª Edición.Venezuela: Ediciones Vega, 1979. 402 p.

3. MINISTERIO de Servicios y Obras Públicas de la República de Bolivia. GuíaTécnica de Diseño de Proyectos de Agua Potable para Poblaciones Menores a10.000 Habitantes. Bolivia: HYTSA Estudios y Proyectos, 2005. 224 p.

4.

HICKS, Tayler, G. Bombas su Selección y Aplicación. 1ª Edición. México:CECSA, 1988. 352 p.

5.

COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA. Manual de Agua Potable, Alcantarillado ySaneamiento. Diseño de Instalaciones Mecánicas. Diciembre 2007. 463 p.

6.

SIAPA. Lineamientos Técnicos de Factibilidad. En: Sistemas de Agua Potable. 1ªEdición. México: SIAPA, 2004. p.p 4-9.

7. MATAIX, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. 2ª Edición.

México: Oxford, 2004. 660 p.

8. ENRÍQUEZ, Gilberto Harper. Elementos de Diseño de Instalaciones EléctricasIndustriales. 1ª Edición. México: LIMUSA/Noriega Editores, 1996. 576 p.

9. KENNETH J. Bombas, Selección, Uso y Mantenimiento. 1ª Edición. México: McGraw Hill. 1998. 373 p.

10. COMISION Nacional del Agua. Eficiencia Energética de Bombas Verticales tipoTurbina con Motor Externo. Límites y Método de Prueba (NOM-001-ENER-2000).México: CNA, 2000. 27 p.

11. ZUBICARAY, Viejo. Bombas, Teoría, Diseño y Aplicaciones. 1ª Edición.México: Limusa, 2000. 290 p.

12. AGÜERO, Roger Pittman. Agua Potable para Poblaciones Rurales. Sistemas deAbastecimiento por Gravedad sin Tratamiento. 1ª Edición. Perú: AsociaciónServicios Educativos Rurales (SER), 1997. 166 p.

7/21/2019 16


13.

MOTT, Robert L. Mecánica de Fluidos Aplicada. 4ª Edición. México: Pearson.1996. 567 p.

14. DOCUMENTO del Ministerio de Servicios y Obras Publicas de la República deBolivia. Instalaciones de Agua – Diseños para Sistemas de Agua Potable. Bolivia: NB, 2004. 166 p.

15.

CENTRO Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente. Guías para el Diseño de Plantas de Bombeo OPS/CEPIS/05.161. Perú: CEPIS, 2005. 39 p.

16.

CASIA, Mónica. Evaluación Financiera-Económica de un Proyecto Privado deAgua Potable en la Aldea Chochal - Municipio de Chiantla, Departamento deHuehuetenango. Trabajo de Titulación (Maestro en Ciencias). Guatemala: DoucUC,Universidad de San Carlos de Guatemala, 2006. 90 p.

Mesografía

17.

Instituto Nacional de Estadística y Geografía INEGI. Disponible en: <http://www.inegi.gob.mx/>. Fecha de consulta 23 de Octubre de 2010.

18.

Comisión Nacional del Agua CONAGUA. Disponible en: <http://www.conogua.gob.mx/>. Fecha de consulta 05 de Septiembre de 2011.

19. Zimapán, Hidalgo [en línea]. México: Gobierno del Estado de Hidalgo, [fecha deconsulta: 18 Diciembre 2010]. Disponible en: http:// http://www.zimapan.gob.mx/

16

Documents

Transcript of 16