Diseño de Tubería por Bombeo

Diseño de Tubería de Conducción por Bombeo.
Introducción

Para determinar el diámetro de una tubería de conducción por bombeo se seguirá el procedimiento denominado Procedimiento Paso a Paso o razonado.
En este procedimiento se hace un análisis económico de varios diámetros que se supone tendrán la capacidad y eficiencia para conducir el gasto de diseño. Los diámetros que pueden conducirese gasto pueden ser muy diversos, pero económicamente ¿cuál es el más conveniente?
Para diámetros menores que el teórico, las pérdidas de carga son mayores, y por tanto también el consumo de energía, aunque el costo de instalación de la tubería es menor.
Para diámetros mayores que el requerido, el consumo de energía es menor por haber menos pérdidas de carga, pero el costo de instalación esmayor.
No obstante, existe un diámetro en el que se logra que la combinación del costo del consumo de energía y el costo de instalación de la tubería, haga mínimo el costo de operación de la línea. Este diámetro se denomina “diámetro económico” que da la solución óptima.
El costo total de la tubería se integra por dos componentes: el costo anual de la tubería instalada; y el costo anual delconsumo de energía eléctrica. El costo anual de la tubería instalada, que incluye la mano de obra y el suministro de la tubería, se obtiene muchas veces considerando que la obra será financiada por una institución bancaria, que prestará el capital con un determinado interés anual. Este capital se deberá recuperar en un número n de años.











Determine el diámetro económico de bombeoy el costo anual de operación, de una línea de conducción para un gasto de diseño de 100 l.p.s., a través de 2500 m de longitud. Observe el esquema.

Paso 1. Cálculo del diámetro teórico
Dados los datos del esquema, se propondrá tubería de asbesto-cemento nuevo con coeficiente de Manning de 0.010.
Para analizar los diámetros por analizar se supone una velocidad de 1.20 m/s (en la práctica sesabe que por lo general la velocidad del agua en un diámetro económico es de aproximadamente 1.20 m/s).
Entonces por continuidad se tiene:
En base a este diámetro teórico, se propone evaluar el costo total de operación de la línea para un diámetro de 14” (diámetro comercial inmediato mayor).
Paso 2. Carga de bombeo.
El objetivo es de determinar la carga de bombeo.Para ello aplica el siguiente procedimiento de cálculo:

Donde:
Q= gasto, en m3/s
L= longitud de la tubería, en m
d= diámetro, en m
H= carga total de bombeo, en m
ND= desnivel topográfico, en m
hf= pérdidas por fricción, en m
hL= pérdidas locales o menores, en m

Se obtiene el coeficiente K.

Se obtienen las perdidas por fricción hf.

Procedemos a obtener las perdidas localesque representan el 5% de las perdidas por fricción.

Por ultimo obtenemos la carga total de bombeo








Paso 3. Costo anual de consumo de energía.
El objetivo es determinar el costo anual de consumo de energía eléctrica.
Para ello aplica el siguiente procedimiento de cálculo:


Donde:
P= potencia de la bomba, en H.P
y= peso específico del agua, 1000 kg/m3
ƞ = eficienciade la bomba, 90%
H= carga total de bombeo, en m
Utilizando la carga total de bombeo del paso anterior procedemos a determinar la potencia de la bomba.


Como 1 H.P=0. 7457 Kw-h, el consumo de energía eléctrica por año será de:



Donde:
CE= consumo de energía eléctrica por año, en Kw-h
Si el Kw-h cuesta $1.205, obtén el costo anual de consumo de energía Ace .

Con la potencia yadefinida calcularemos el consumo anual de energía eléctrica.












Paso 4 (tubería A-10 de 14”). Cálculo de la sobrepresión por golpe de ariete.
Tu objetivo será calcular la carga total a la que se someterá la tubería en el momento en el que se presenta el golpe de ariete. Para ello deberás considerar la clase que se te asigne.
Para ello aplica el siguiente procedimiento...