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2018 01-soto

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Análisis técnico - económico entre un sistema de presión constante y presión variable en la comuna de Quinta Normal, Santiago de Chile

Publicada em: Engenharia
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2018 01-soto

  1. 1. UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN ANALISIS TÉCNICO - ECONÓMICO ENTRE UN SISTEMA DE PRESIÓN CONSTANTE Y PRESIÓN VARIABLE EN LA COMUNA DE QUINTA NORMAL, SANTIAGO DE CHILE MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CONSTRUCTOR PROFESOR INFORMANTE: LILIANA MARCARENA GARCIA PARRA PROFESOR COLABORADOR: JAIME ARRIAGADA ARAYA MICHAEL ANDRES SOTO SOIZA SANTIAGO – CHILE 2018
  2. 2. UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE OBRAS CIVILES Y CONSTRUCCIÓN ANALISIS TÉCNICO - ECONÓMICO ENTRE UN SISTEMA DE PRESIÓN CONSTANTE Y PRESIÓN VARIABLE EN LA COMUNA DE QUINTA NORMAL, SANTIAGO DE CHILE MEMORIA PREPARADA BAJO LA SUPERVISIÓN DE LA COMISIÓN INTEGRADA POR LOS PROFESORES: PROFESOR INFORMANTE: LILIANA MARCARENA GARCIA PARRA PROFESOR COLABORADOR: JAIME ARRIAGADA ARAYA QUIENES RECOMIENDAN QUE SEA ACEPTADA PARA COMPLETAR LAS EXIGENCIAS DEL TÍTULO DE INGE- NIERO CONSTRUCTOR. SANTIAGO-CHILE 2018
  3. 3. I Agradecimientos Dirijo mis agradecimientos a toda mi familia, quienes me apoyaron incluso cuando la relación de familia pasaba por momentos complicados, a mi hermana Claudia Soto y a mi cuñado Luis Gana, por su apoyo incondicional y estar siempre cuando los necesité hasta para lo más míni- mo. Por último, debo agradecerle inmensamente a mi hija, ya que sin ella esto no hubiera sido po- sible, es la persona que meda la fuerza para seguir creciendo como persona, más que eso como padre y así poder entregar mejores herramientas para su bien estar. También debo agradecer todo el apoyo y animo que me entrega incondicionalmente mi pareja Gracias Denisse Caroca. Agradecer a la empresa GIC por facilitar los presupuestos y Antonio Arévalo por la asesoría técnica, con ellos se logró una memoria completa sobre los costos involucrados en manteni- miento en los sistemas de presión constante y presión variable. Desde mis más sinceros agradecimientos.
  4. 4. II Dedicatoria Esto va dedicado a mi pareja Denise Caroca por su apoyo incondicional, madre por su apoyo económico, hermanos por tantos favores realizados a mi persona, cuñado Luis Gana por su apoyo incondicional en todo ámbito, y finalmente a mi hija amada Maite Soto Gutiérrez que sin ella esto no hubiera sido posible, pero también a mi querido abuelo Oscar Soiza, que me sigue cuidando desde su partida en el año 2011.
  5. 5. III Índice de contenidos Contenido Agradecimientos ............................................................................................................................. I Dedicatoria..................................................................................................................................... II Índice de contenidos ..................................................................................................................... III Contenido...................................................................................................................................... III Índice de tablas ........................................................................................................................... VIII Índice de ilustraciones................................................................................................................... IX Índice de formulas........................................................................................................................ XII Índice de gráficos ........................................................................................................................ XIII CAPÍTULO l ................................................................................................................................... 14 RESUMEN..................................................................................................................................... 14 SUMMARY.................................................................................................................................... 15 RESEÑA HISTORICA ...................................................................................................................... 16 1 Introducción.......................................................................................................................... 19 2 Objetivo................................................................................................................................. 20 2.1 Objetivo general........................................................................................................... 20 2.2 Objetivos específicos.......................................................................................................... 20 3 Propósito de investigación.................................................................................................... 21 CAPÍTULO ll .................................................................................................................................. 25 4 Equipo de elevación de agua potable................................................................................... 25 5 Sistemas de control............................................................................................................... 25 5.1 Presión constante. ............................................................................................................. 26 5.1.1 Ventajas. ......................................................................................................................... 26 5.1.2 Desventajas..................................................................................................................... 27 5.2 Presión variable.................................................................................................................. 28 5.1.1 Ventajas. ......................................................................................................................... 29 5.1.2 Desventaja. ..................................................................................................................... 30 6 Composición de un sistema de elevación............................................................................. 30 6.1 Estanque hidroneumático.................................................................................................. 31
  6. 6. IV 6.2 Bombas Centrifuga para agua potable .............................................................................. 32 6.2.1 Características técnicas................................................................................................... 34 6.2.2 Dimensiones físicas......................................................................................................... 35 6.2.3 Partes de una bomba centrifuga..................................................................................... 36 7 Válvulas................................................................................................................................. 38 7.1 Válvula de retención .......................................................................................................... 39 7.2 Válvula de aislación............................................................................................................ 40 7.3 Junta dilatación o expansión.............................................................................................. 42 7.4 Válvula de pie..................................................................................................................... 43 8 Válvulas en línea de impulsión general................................................................................. 44 8.1 Válvula reductora de presión............................................................................................. 44 8.2 Válvula Alivio...................................................................................................................... 45 9 Accesorios ............................................................................................................................. 45 9.1 Hilo tuerca.......................................................................................................................... 45 9.2 Manómetro........................................................................................................................ 46 9.4 Presostato .......................................................................................................................... 46 9.5 Transductor de presión...................................................................................................... 47 9.6 Campanilla.......................................................................................................................... 47 10 Piping o cañería................................................................................................................... 48 10.1 Cañería Cobre (Cu)........................................................................................................... 48 10.1.1 Fittings de cobre ........................................................................................................... 50 10.1.1.1 Copla .......................................................................................................................... 51 10.1.1.2 Terminales.................................................................................................................. 52 10.1.1.3 Tapa Gorro ................................................................................................................. 52 10.1.1.4 Codo........................................................................................................................... 53 10.1.1.5 Tees............................................................................................................................ 53 10.1.1.5 Codo con soporte....................................................................................................... 54 10.1.1.6 Tapón macho ............................................................................................................. 54 10.1.1.7 Bushing....................................................................................................................... 55 10.1.1.8 Curvas......................................................................................................................... 55 10.1.1.9 Unión americana........................................................................................................ 56
  7. 7. V 10.1.1.10 Cruz SO SO ............................................................................................................... 56 10.1.1.11 Flange hilo he........................................................................................................... 57 10.2 Cañería acero ................................................................................................................... 58 10.2.1 Fittings acero................................................................................................................. 59 10.2.1.1 Codo acero................................................................................................................. 59 10.2.1.2 Tee acero.................................................................................................................... 61 10.2.1.3 Reducción acero......................................................................................................... 62 10.2.1.4 Tapa gorro.................................................................................................................. 63 10.2.1.5 Curva 180° acero........................................................................................................ 63 10.3 Perdida de carga “K”........................................................................................................ 64 CAPÍTULO lll.................................................................................................................................. 69 11 Método para calcula equipo de elevación de agua potable, edificio Poeta Pedro Prado.. 69 11.1 Parámetros de cálculo para la red interior de nuestro proyecto a estudiar ................... 69 11.1.1 Gasto máximo instalado (QI) ........................................................................................ 71 11.1.2 Metro columna de agua (m.c.a).................................................................................... 73 12. Parámetros de cálculo para sistema de bombeo agua potable ........................................ 91 12.1 Gasto máximo probable (QMP) ....................................................................................... 91 12.2 Parámetros a considerar para definir motobomba ......................................................... 92 12.3 Definición de bomba........................................................................................................ 94 12.4 Determinación del Qm de la moto-bomba...................................................................... 98 12.5 Calculo de volumen de regulación................................................................................... 99 12.6 Cálculo volumen estanque hidroneumático.................................................................. 100 12.7 Cálculo de velocidad de agua en manifold de aspiración e impulsión .......................... 101 13 Presupuesto de montaje propuesta proyectista .............................................................. 105 13.1 Itimizado de presupuesto de presión variable propuesta proyectista.......................... 105 13.1 Presupuesto Presión Variable (Aspecto general) .......................................................... 108 CAPÍTULO lV............................................................................................................................... 109 14 Método para calcula equipo de elevación de agua potable, edificio Poeta Pedro Prado en propuesta de mejoras............................................................................................................ 109 14.1 Definición de motobomba para un sistema de presión constante. .............................. 109 14.2 Determinación del Qm................................................................................................... 112
  8. 8. VI 14.3 Volumen de regulación.................................................................................................. 112 14.3 Volumen estanque Hidroneumático.............................................................................. 112 15 Mejoras de instalación y distribución piping .................................................................... 113 15.1 Aspiración condición de carga negativa......................................................................... 113 15.2 Aspiración condición de carga positiva.......................................................................... 115 15.3 Manifold de instrumento de acero................................................................................ 116 15.4 Manifold Impulsión con pendiente descendiente 1% ................................................... 118 15.5 Ubicación sentina en espacio físico sala de bombas. .................................................... 119 15.6 Despiche piping estanques hidroneumático.................................................................. 121 16 Presupuesto de presión constante ................................................................................... 122 16.1 Itimizado de presupuesto de presión constante propuesta proyectista....................... 122 16.2 Presupuesto Presión Constante - Ejecutado (Aspecto general) .................................... 125 CAPÍTULO V................................................................................................................................ 126 15 Análisis de prepuestos de montaje................................................................................... 126 16 Presupuestos de mantenimiento...................................................................................... 127 16.1 Presupuestos de mantenimiento en sistema de presión constante y variable aspecto mecánico................................................................................................................................ 127 16.2 Presupuestos de mantenimiento en sistema de presión constante y presión variable aspecto eléctrico.................................................................................................................... 130 17 Análisis de presupuestos de mantención por falla........................................................... 132 17 Análisis de presupuestos de mantención por falla........................................................... 135 CAPÍTULO Vl............................................................................................................................... 137 18 Ejemplos de cálculo para determinar equipos de elevación de agua. ............................. 137 18.1 Cálculo edificio de 4 pisos.............................................................................................. 137 18.2 Conjunto habitacional 10 bloques de 4 pisos................................................................ 140 18.3 Edificio de 10 pisos......................................................................................................... 142 18.4 Edificio de 20 pisos......................................................................................................... 144 18.4.1 Alternativa N° 1........................................................................................................... 144 18.4.2 Alternativa N° 2........................................................................................................... 147 CAPÍTULO Vl............................................................................................................................... 151 19 Conclusiones ..................................................................................................................... 151 19.1 Determinar las características técnicas de dichos sistemas. ......................................... 151
  9. 9. VII 19.2 Estudiar las variables críticas a incluir para la selección de ambos sistemas. ............... 153 19.3 Proponer mejoras en distribución piping en sala de bombas y mejorar espacio físico de esta......................................................................................................................................... 154 19.4 Analizar los presupuestos de ambos sistemas y demostrar cual es mas eficiente en el punto de vista económico y técnico...................................................................................... 156 19.4 Conclusión general......................................................................................................... 157 Anexos........................................................................................................................................ 158
  10. 10. VIII Índice de tablas Tabla 1: Altura H (M) vs mᶾ/h de una bomba centrifuga............................................................. 34 Tabla 2 Dimensiones de una bomba CBT 1250 Pentax................................................................ 35 Tabla 3: Tuberías de cobre para agua potable tipos K, L y M - Diámetro exterior y espesores de pared - Tolerancias y masa teórica. ............................................................................................. 50 Tabla 4: Cañería acero Sch 40 – Fuente: Válvulas industriales S.A.............................................. 59 Tabla 5: Coeficientes referenciales de perdida de carga singular “k” a utilizar en procedimientos según método cinético................................................................................................................. 64 Tabla 6: Longitud equivalentes a perdidas singulares (1/3) ........................................................ 65 Tabla 7: Longitud equivalente a perdidas singulares (2/3).......................................................... 65 Tabla 8: Longitud equivalente a perdidas singulares (3/3).......................................................... 66 Tabla 9: Cuadro resumen de artefactos totales del proyecto ..................................................... 71 Tabla 10: Cuadro resumen de artefactos por torre..................................................................... 72 Tabla 11: Cuadro general de artefactos....................................................................................... 72 Tabla 12: Consumos máximos diarios en instalaciones domiciliarias de agua potable .............. 75 Tabla 13: Diámetro medidores domiciliarios e industrial............................................................ 76 Tabla 14: Tabla de habitabilidad.................................................................................................. 76 Tabla 15: Diámetros y presiones.................................................................................................. 83 Tabla 16 - Número mínimo de bombas, en función del caudal de diseño (QMP)....................... 93 Tabla 17: Relación mínima entre T y potencia moto-bomba ...................................................... 99 Tabla 18: Cañería acero carbono ASTM A53 SCH 40, con cálculos adicionales........................ 101
  11. 11. IX Índice de ilustraciones Ilustración 1 Artefacto de Juanelo Turriano. Año 1565............................................................... 17 Ilustración 2 Maquina de Arquímedes. Año 1895 ....................................................................... 18 Ilustración 3: Edif. Poeta Pedro Prado - Arquitectura................................................................. 22 Ilustración 4: Edif. Poeta Pedro Prado - Arquitectura.................................................................. 22 Ilustración 5: Modelado BIM ....................................................................................................... 23 Ilustración 6: Departamento N°1................................................................................................. 23 Ilustración 7: Departamento Tipo 2............................................................................................. 24 Ilustración 8: Vareador de frecuencia.......................................................................................... 28 Ilustración 9 : Sistema elevación de agua potable, ideal en aspecto mecánico,......................... 31 Ilustración 10 Estanque hidroneumático..................................................................................... 32 Ilustración 11: Ilustración 9 Partes de una bomba centrifuga..................................................... 36 Ilustración 12: Sistema de agua potable, con flange ................................................................... 38 Ilustración 13 Sistema de agua potable, con rosca...................................................................... 39 Ilustración 14 Válvula retención vertical, con resorte................................................................. 39 Ilustración 15 Válvula compuerta bronce y acero ....................................................................... 40 Ilustración 16 Válvula de bola, bronce y acero............................................................................ 41 Ilustración 17 Junta de expansión flangeada............................................................................... 42 Ilustración 18; Junta de expansión doble onda, unión americana .............................................. 42 Ilustración 19: Válvula de Pie....................................................................................................... 43 Ilustración 20: Válvula reductora flangeada y roscada – Fuente: Cosmopals............................. 44 Ilustración 21: Esquema de instalación correcto V.Reductora. – Fuente: Válvulas Claval.......... 44 Ilustración 22: Válvula de alivio de aire - Fuente: Válvulas clavel. .............................................. 45 Ilustración 23 Hilo tuerca............................................................................................................. 45 Ilustración 24 Manómetro con medición PSI y BAR .................................................................... 46 Ilustración 25 Presostato con regulador de rango....................................................................... 46
  12. 12. X Ilustración 26 Transductor de presión......................................................................................... 47 Ilustración 27 Campanilla............................................................................................................. 47 Ilustración 28: Fitting Coplas........................................................................................................ 51 Ilustración 29: Fitting terminales................................................................................................. 52 Ilustración 30: Fitting tapa gorro ................................................................................................. 52 Ilustración 31: Fitting Codo SO-HI-HE .......................................................................................... 53 Ilustración 32: Fitting TEE ............................................................................................................ 53 Ilustración 33: Fitting Codo soporte ............................................................................................ 54 Ilustración 34: Fitting tapa tornillo .............................................................................................. 54 Ilustración 35: Fitting bushing...................................................................................................... 55 Ilustración 36: fitting curva SO-HE-HI .......................................................................................... 55 Ilustración 37: Unión americana SO-HE-HI .................................................................................. 56 Ilustración 38: Fitting cruz SO ...................................................................................................... 56 Ilustración 39: Flange HE DIN....................................................................................................... 57 Ilustración 40: Codo 90° radio largo. ........................................................................................... 59 Ilustración 41: Codo 90° radio corto............................................................................................ 60 Ilustración 42: Codo 45° radio largo ............................................................................................ 60 Ilustración 43: Codo 45° Radio corto ........................................................................................... 61 Ilustración 44: Tee acero.............................................................................................................. 61 Ilustración 45: Tee acero reducción............................................................................................. 62 Ilustración 46: Reducción concéntrica......................................................................................... 62 Ilustración 47: Reducción excéntrica........................................................................................... 62 Ilustración 48: Tapa Gorro ........................................................................................................... 63 Ilustración 49: Curva radio largo 180° ......................................................................................... 63 Ilustración 50: Curva radio corto 180°......................................................................................... 63 Ilustración 51; Justificación Ø Remarcadores departamento tipo 1 y 2..................................... 77 Ilustración 52: Justificación Ø remarcadores recintos comunes en torre A, B, C y D.................. 80
  13. 13. XI Ilustración 53: Justificación Ø medidor de agua potable general................................................ 81 Ilustración 54: VOGT NM40-250/24HP/380V.............................................................................. 97 Ilustración 55: Motobomba Megablock 40-250/30HP/380V .................................................... 111 Ilustración 56: Aspiración negativa, con pendiente horizontal positiva y válvula de cebado... 114 Ilustración 57: Succión positiva.................................................................................................. 115 Ilustración 58 : Manifold instrumento para sistema de presión variable.................................. 116 Ilustración 59: Manifold instrumento, para sistema de presión constante con presostato para presión variable con una moto-bomba ..................................................................................... 117 Ilustración 60: Manifold Impulsión con despiche y pendiente descendiente, manifold aspiración con pendiente ascendiente........................................................................................................ 118 Ilustración 61: Cámara sentina posterior a los estanques de acumulación, con dos moto- bombas ...................................................................................................................................... 120 Ilustración 62: Cámara sentina con dos moto-bombas............................................................. 120 Ilustración 63: Piping con despiche provocando autonomía en el mantenimiento de una forma segura......................................................................................................................................... 121 Ilustración 64 : Calculo edif. de cuatro pisos ............................................................................. 139 Ilustración 65: Conjunto habitacional 10 bloques de 4 pisos. ................................................... 141 Ilustración 66: Edificio de 10 pisos............................................................................................. 143 Ilustración 67: Edificio de 20 pisos, con un sistema para dos redes y válvula reductora incluida ................................................................................................................................................... 146 Ilustración 68: KSB - Movitec VF15/7 7,5 HP ............................................................................. 149 Ilustración 69: Edificio de 20 pisos, con dos sistemas uno de red alta y red baja..................... 150
  14. 14. XII Índice de formulas Formula: 1 Caudal máximo probable (QMP) ............................................................................... 78 Formula: 2 QMP........................................................................................................................... 91 Formula: 3 Caudal medio moto-bomba (Qm) ............................................................................. 98 Formula: 4 Volumen de regulación (Vr)....................................................................................... 99 Formula: 5 Volumen estanque hidroneumático (VH)................................................................ 100 Formula: 6 Área de un circulo (A) [m²] ...................................................................................... 102 Formula: 7 Velocidad (V) [m/seg] (1)......................................................................................... 102 Formula: 8 Velocidad (V) [m/seg] (2)......................................................................................... 104
  15. 15. XIII Índice de gráficos Grafico 1: Perdida de carga en cañería........................................................................................ 67 Grafico 2: Perdida de carga en cañerías de cobre para usos corrientes...................................... 68 Grafico 3: Altura H (M) vs mᶾ/h de una bomba centrifuga VOGT................................................ 96 Grafico 4: Presupuesto Sistema Presión variable (1142 UF) ..................................................... 108 Grafico 5: Motobomba Megablock 40-250/30HP/380V............................................................ 111 Grafico 6: Presupuesto Sistema Presión Constante - Ejecutado (995 UF)................................. 125 Grafico 7: Presupuesto Sistema Agua Potable........................................................................... 126 Grafico 8: Recambio de Válvula................................................................................................. 127 Grafico 9: Recambio de manifold 8".......................................................................................... 128 Grafico 10: Cambio de balón 100 lts - boca 2" DIN.................................................................... 128 Grafico 11: Cambio de estanque hidroneumático - boca 2" DIN .............................................. 129 Grafico 12: Cambio de tablero y control.................................................................................... 130 Grafico 13: Chequeo Eléctrico general ...................................................................................... 131 Grafico 14: Análisis de costo de mantención por falla .............................................................. 132 Grafico 15: Diferencia de costo por mantención por falla (Costo total).................................... 134 Grafico 16: Análisis de costo de mantención por 20 años......................................................... 135 Grafico 17: Diferencia de costo por mantención por 20 años (Costo total).............................. 136 Grafico 18: Moto-bomba TX-05/4/120 M - 1.5HP..................................................................... 138 Grafico 19: Moto-bomba CP 230 B – 5.5 HP.............................................................................. 140 Grafico 20 : CMT 550 - 5,5 HP.................................................................................................... 142 Grafico 21: Moto-bomba CNP - CDL 20-6 10 HP....................................................................... 144 Grafico 22: KSB - Movitec VF15/4 5,5 HP .................................................................................. 147
  16. 16. 14 CAPÍTULO l RESUMEN En el presente trabajo se realizará un análisis técnico-económico, entre un sistema de presión variable y presión contante, se tomará como análisis un sistema de elevación de agua potable del condominio Poeta Pedro Prado que consta de cuatro torres, que se encuentra ubicado en la comuna Quinta Normal, en la ciudad de Santiago. Se presentarán la variedad de válvulas y piping con que se podrá ejecutar un sistema de elevación, por intermedio de estas variables se explicara de cada importancia de cada uno de esto, ya que todo elemento tiene una pérdida de carga que influirá en el cálculo hidráulico agua arriba y agua debajo de un sistema de bombeo. Posteriormente se ex- plicará paso a paso los cálculos hidráulicos, concentrándose en el cálculo hidráulico de un sistema de presión constante y presión variable con sus ventajas y desventajas. Fi- nalmente, con todas estas variables explicadas se demostrará cual es más eficiente en el aspecto técnico-económico.
  17. 17. 15 SUMMARY In the present work a technical-economic analysis will be carried out, between a sys- tem of variable pressure and constant pressure, it will be taken as an analysis a system of elevation of drinking water of the Poeta Pedro Prado condominium that consists of four towers, which is located in the Quinta Normal commune, in the city of Santiago. We present the variety of valves and piping with which you can run a lifting system, through these variables will be explained each importance of each of this, since every element has a loss of load that will influence the hydraulic calculation water above and water below a pumping system. Subsequently, the hydraulic calculations will be ex- plained step by step, concentrating on the hydraulic calculation of a constant pressure and variable pressure system with its advantages and disadvantages. Finally, with all these variables explained, it will be demonstrated which is more efficient in the tech- nical-economic aspect.
  18. 18. 16 RESEÑA HISTORICA l agua a lo largo de la historia ha sido fundamental en la supervivencia y evo- lución del hombre. A lo largo de las épocas las grandes civilizaciones tienen en común que nacieron cercanas a una gran fuente de agua dulce. Así como el rio Éufrates y Tigre que vieron nacer a la civilización mesopotámica, el rio indo a la antigua civilización india y el gran rio Nilo que dio vida a la civilización egipcia que duro más de 3000 años, pero todos estos reinos no estaban siempre aguas abajo del rio, por lo que fueron necesarios inventar métodos para hacer llegar el agua a niveles superio- res de los que presentaba el cauce natural del rio, en un principio se acarreaba el agua de manera manual, utilizando cubitas, esto cambio cuando empezaron a inventarse instrumentos o maquinaria para transportar agua de un nivel a otro. En el año 1565 nació el artefacto de Juanelo Turriano, esta máquina usaba la energía hidráulica del Tajo para activar un descomunal sistema de cucharas de madera engranadas de modo que el agua pasaba de unas a otras a distintas alturas. Este descomunal artefacto de madera estaba compuesto por 1 presa y 2 ruedas motrices a pie de río, 6 estaciones intermedias y 24 torres de cazos oscilantes. E
  19. 19. 17 Ilustración 1 Artefacto de Juanelo Turriano. Año 1565 Fuente: http://www.leyendasdetoledo.com/ Posteriormente en el año 1895, apareció el tornillo sinfín de Arquímedes, el cual es una maquina precursora a lo que conocemos hoy en día como bombas hidráulicas, se pue- de observar en la ilustración 2 se muestra el tornillo de Arquímedes, el que está forma- do por en un gran cilindro hueco, que en su interior tiene una rampa helicoidal apoya- da en el eje del cilindro, en el cual puede rotar libremente. 9 El principio de funciona- miento se basa en elevar el agua, que se encuentra por debajo del eje de giro, por la rampa debido a la rotación. El agua entra por la parte inferior del cilindro y comienza a ascender por la rampa hasta salir por la parte superior del cilindro. La rotación es pro- vocada por una manilla, ubicada en la parte superior del tornillo.
  20. 20. 18 Ilustración 2 Maquina de Arquímedes. Año 1895 Fuente: http://www.leyendasdetoledo.com/ Finalmente, este tornillo de Arquímedes fue mejorado con el pasar de los años, hasta llegar a lo que conocemos en la actualidad las bombas hidráulicas, que es el elemento fundamental en la elevación de agua en los edificios residenciales, industrial y minería.
  21. 21. 19 1 Introducción Se analizará un sistema de presión constante de un edificio de la comuna de Quinta normal, en la ciudad de Santiago de chile, pero se calculará un sistema de presión va- riable que cumpla con la necesidad de dicho proyecto, demostrando cual es más efi- ciente en el aspecto técnico – económico, desde sus ventajas y desventajas Con lo mencionado, se darán a conocer cada válvula y pinping que se puede utilizar, pero se concentrara en la solicitud de proyecto, explicando cada procedimiento de cálculo desde agua arribas y aguas abaja de la sala de bombas, concentrándose en el cálculo hidráulico de bombeo. Finalmente se procederá a realizar un análisis del consto de montaje versus el costo de manteamiento, para confirmar las desventajas y ventas de cada sistema.
  22. 22. 20 2 Objetivo 2.1Objetivo general ❖ Análisis técnico – económico entre un sistema de presión constante y presión va- riable en la comuna de Quinta normal, Santiago de Chile. 2.2 Objetivos específicos ❖ Analizar los presupuestos de ambos sistemas y demostrar cual es más eficien- te en punto de vista económico y mecánico. ❖ Determinar las características técnicas de dichos sistemas. ❖ Estudiar las variables críticas a incluir para la selección de ambos sistemas. ❖ Proponer mejoras en distribución piping en sala de bombas y mejorar espacio físico de esta.
  23. 23. 21 3 Propósito de investigación El propósito de esta investigación es realizar un análisis técnico-económico de una Sala de Bombas de Agua Potable del Edificio Poeta Pedro Prado (en adelante también “Condominio Edificio Poeta Pedro Prado”), ubicado en Juan Barros N°3885, comuna de Quinta Normal, el cual se encuentra actualmente en etapa de recepción, se analizara una comparación entre un sistema de presión constante y presión variable de dicho edificio, demostrando cual es más eficiente en el aspecto técnico y económico, no obstante la decisión de que sistemas instalar ya fue ejecutada por la variable del costo de montaje, con esto se analizaran los presupuestos de presión constante y presión variable. Además, los presupuestos de mantención por cada siste- ma, cabe destacar que por ser un equipo nuevo no tenemos historial de mantenimiento de motobomba. Con lo mencionado se darán ejemplos de proyectos que nos ayudarán en concluir diferentes aspectos a considerar para elegir otro del otro. Proyecto cuenta con cuatro torres A, B, C y D, y cuenta con los siguientes recintos: • Proyecto consta de una una super- ficie de 59249 m2 • Cuatro Torres de 24 pisos • Dos subterráneos (Estacionamien- tos y bodegas) • Departamentos Tipo 1: 894 • Departamentos Tipo 2: 46 • Sala multiuso: 2 • Shaft de basura: 12 • Sala de basura: 12 • Shaft de red húmeda y red seca: 2 • Sala consejo: 1 • Sala primeros auxilios: 1 • Piscina • Lavandería
  24. 24. 22 Ilustración 3: Edif. Poeta Pedro Prado - Arquitectura Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A Ilustración 4: Edif. Poeta Pedro Prado - Arquitectura Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A
  25. 25. 23 Ilustración 5: Modelado BIM Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A Ilustración 6: Departamento N°1 Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A
  26. 26. 24 Ilustración 7: Departamento Tipo 2 Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A
  27. 27. 25 CAPÍTULO ll En este capítulo se abarcarán contenidos y definiciones los cuales se deben tener en cuenta para el desarrollo de la investigación. 4 Equipo de elevación de agua potable Primero que nada, nos tenemos que preguntar; ¿qué es un proyecto de elevación de agua potable para viviendas? Básicamente es un sistema que abastece una demanda de agua potable. Por ejemplo, si la presión que nos presenta el prestador (14 m.c.a o 1.373 bar)1 no cumplir con nues- tra demanda interna ya sea en una vivienda o un conjunto de esta, debemos ejecutar un sistema de bombeo para que cumpla nuestra demanda QI2 y m.c.a3. 5 Sistemas de control. Un proyecto de elevación de agua potable, son controlado comúnmente por dos siste- mas de control; Presión variable y presión continua. 1 Nch 2485 – Ítem 4 Requisitos generales para el diseño 2 Ql: Suma de los caudales de los artefactos de un inmueble 3 m.c.a: Metros columna de agua
  28. 28. 26 5.1 Presión constante. Este sistema está desarrollado con Bombeo con Velocidad Variable, que suministra agua a pre- sión constante ante cualquier demanda de caudal. Esto se logra de manera óptima modificando la velocidad de las bombas a través de un control realimentado de la presión de salida. El tablero de control y comando, incorpora convertidores de frecuencia y controladores pro- gramables (PLC) de última generación, los cuales han sido programados adecuadamen- te. La presión de salida es leída constantemente por un sensor de alta precisión y transmitida al sistema de control. El equipo incorpora todas las protecciones y alarmas necesarias para un funcionamiento de alta confiabilidad. 5.1.1 Ventajas. 4 Los variadores de velocidad convierten una bomba electrosumergible en una familia de bom- bas en una familia de bombas al permitir operarla a diferentes velocidades. Incrementa la vida útil del motor al disminuir los choques mecánicos y eléctricos causados por un arranque directo. El variador permite que el arranque se realice progresivamente, aumen- tando la frecuencia desde 5 o 10HZ hasta la frecuencia de operación de cada equipo. • Protección del motor por contar internamente con sistemas de protección además de permitirle mayor vida útil al motor por reducción de impactos mecánicos a través de 4 Fuente: MYG (motores y generadores)
  29. 29. 27 la asignación de rampas de aceleración y desaceleración para eventos de arranque y parada. • Posibilidad de realizar lazos de control y de interactuar con el proceso gracias a que actualmente muchos variadores de frecuencia cuentan con funciones de control PID, además de activar señales de alamas en casos de falla de los procesos entre otras mu- chas posibilidades • Contar con la posibilidad de funciones de PLC básico, y de frenado dinámico. • Disminuye volumen estanque hidroneumático, con ello el sistema de elevación se vuelve más pequeño. 5.1.2 Desventajas. 5 Las desventajas son: • Limitación de la corriente de arranque • La instalación, programación y mantenimiento, debe ser realizar por personal califi- cado • Las averías del variador, no se pueden reparar in situ (hay que enviarlos a la casa o servicio técnico). Mientras tanto debe disponerse de otro variador equivalente, o dejar la instalación sin funcionamiento. • Aumenta el costo de mantenimiento por su sistema de control. 5 Fuente: MYG (motores y generadores)
  30. 30. 28 Ilustración 8: Vareador de frecuencia Fuente: Aguamarket 5.2 Presión variable La compresión la efectúa una bomba que funciona en un diferencial de presio- nes controladas por un presostato, de esta manera, cuando el consumo es menor que la capacidad de la bomba, la presión del sistema aumenta y el excedente de caudal se acumula en el estanque. Cuando la presión sube hasta un valor prefijado en el presos- tato¹, la bomba se detiene y el consumo sigue siendo abastecido por el agua acumulada en el estanque hasta que la presión baja hasta otro valor prefijado, en el cual la bomba vuelve a funcionar, repitiéndose el ciclo, cuando el consumo es cero la bomba queda detenida, cuando el consumo se iguala a la capacidad de la bomba, esta permanece en
  31. 31. 29 funcionamiento, por lo tanto, el consumo de energía es directamente proporcional al consumo de agua, ya que la bomba solo impulsa el agua que se consume. Ilustración 5 5.1.1 Ventajas. 6Las ventajas son: • Excelente presión en toda la red hidráulica, mejorando el funcionamiento de la- vadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en excusados, operación de fluxómetros, riego por aspersión, entre otros. Así mismo evita la acumula- ción de sarro en las tuberías por flujo a baja velocidad. • No requiere tanques en las azoteas que den mal aspecto a las fachadas y sobre- carguen la estructura de la construcción. • No requiere red hidráulica de distribución en las azoteas, quedando libres para diferentes usos, y evitando humedades por fugas en la red. • Baja los costos de mantenimiento • Tiene su propio depósito de agua, por lo que, ante cortes de energía se mantiene una reserva presurizada disponible para utilizar. 6 Fuente: Hidropack S.A
  32. 32. 30 5.1.2 Desventaja. 7Las desventajas son: • Requiere un sistema para recuperar el aire, el que se va perdiendo en cada ciclo al diluirse este en el agua. Normalmente se emplea un compresor para recupe- rar el aire que se pierde. Con ello, la inversión inicial, el costo de operación y de mantención aumentan y el sistema se hace más complejo. • La vida útil del estanque es limitada por la facilidad corrosión. • El estanque mismo es voluminoso, lo que obliga a destinar un mayor espacio a la sala de máquinas. • Motobomba funcionan a su máxima capacidad en cada ciclo, produciendo un mayor desgaste en un tiempo corto. 6 Composición de un sistema de elevación. Un equipo de elevación de agua potable cuenta con válvulas, bombas, chasis, piping, y uno o varios estanques hidroneumático dependiendo de la necesidad de cada sistema, también existen una variedad de sistemas de control, con ello una variedad de acceso- rios, que no dejan de ser importante. 7 7 Fuente: Hidropack S.A
  33. 33. 31 Ilustración 9 : Sistema elevación de agua potable, ideal en aspecto mecánico, Fuente: Propia 6.1 Estanque hidroneumático El estanque hidroneumático sirve para acumular agua a presión en el volumen que deja el aire al comprimirse, según la ley de Boyle. Este contiene un balón de caucho consi- gue mantener el mismo aire estancado indefinidamente. La plancha metálica, al no estar en contacto directo con el agua, no se oxida además elimina el volumen muerto de agua necesario para comprimir el aire a la presión de partida del sistema, con ello se aprovecha un aprovechamiento total del volumen del estanque por el agua a presión acumulada.
  34. 34. 32 Ilustración 10 Estanque hidroneumático Fuente: Elaboración propia 6.2 Bombas Centrifuga para agua potable Las Bombas centrífugas también llamadas Roto dinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor. Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja, cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es am- pliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Es aquella máquina que incrementa la energía de velocidad del fluido mediante un elemento rotante, aprovechan-
  35. 35. 33 do la acción de la fuerza centrífuga, y transformándola a energía potencial a consecuencia del cambio de sección transversal por donde circula el fluido en la parte estática, la cual tiene for- ma de voluta y/o difusor. La característica principal de la bomba centrifuga es de convertir la energía de una fuente de movimiento primero en velocidad y después en energía de presión. Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden al- canzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias tapas se pueden alcanzar hasta 25 atm de presión, dependiendo del número de tapas. Las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan sólidos en suspen- sión, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tiene bajo mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal, pero su rendimiento es bajo cuando transportan líquidos viscosos. Este tipo de bombas son las usadas en la industria química, siempre que no se manejen fluidos muy viscosos. Las bombas centrifugas de una tapa y monoblock, son ideales para movimientos de líquidos en general, con una profundidad máxima de aspiración (carga negativa) de 7 m a 9 m. Estas bombas son adecuadas para bombear agua limpia, sin sólidos abrasivos.
  36. 36. 34 6.2.1 Características técnicas Una bomba está determinada por su capacidad de Q8 , y H9 , con esto podemos determinar nuestra bomba para un sistema de elevación (Tabla 1), esto se analizará en profundidad en el capítulo N°3 Tabla 1: Altura H (M) vs mᶾ/h de una bomba centrifuga Fuente: 1 Moto-bombas Pentax 8 Q: Caudal mᶾ/h 9 H: Altura m
  37. 37. 35 6.2.2 Dimensiones físicas. Las dimensiones de la bomba nos ayudaran en fabricar piping, piezas especiales y chasis, te- niendo en cuenta que cada elemento de fabricación debe cumplir con las Nch, determinada para cada caso. Tabla 2 Dimensiones de una bomba CBT 1250 Pentax Fuente: Moto-bombas Pentax
  38. 38. 36 6.2.3 Partes de una bomba centrifuga Ilustración 11: Ilustración 9 Partes de una bomba centrifuga Fuente: Moto-bombas Pentax • Sello Mecánico: Esencialmente el sello mecánico consiste de dos superficies anulares de rozamiento que están empujándose una contra otra. Una superficie de rozamiento está fija a la parte estática de la máquina, mientras que la otra esta fija al rotor y gira junto con este. El fluido a ser sellado penetra entre ambas superficies de rozamiento formado una película de lubricación la cual fluye entre las superficies constantemente. La presión a sellar se reduce linealmente a través de las superficies de rozamiento. En su forma más simple, un sello mecánico consiste de un anillo fijo sobre el rotor, el cual es empujado contra la carcasa de la máquina.
  39. 39. 37 El sistema de sellado en una máquina rotatoria influye directamente en la confiabilidad de esta y del proceso en general. Desafortunadamente, la importancia del sistema de sellado comúnmente es despreciada y se considera hasta lo último durante el diseño de la máquina. Si este importante elemento de la máquina funciona correctamente, es- te será inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga o si el sello falla completamente, su importancia se vuelve evidente inmediatamente. Convencionalmente un rotor pude ser sellado con un sello mecánico axial o un sello radial como la empaquetadura. En el lado motriz, el sello está generalmente expuesto a la presión atmosférica, lo que signi- fica que el sello debe ser capaz de soportar la presión del fluido líquido • Voluta o carcasa: Es la parte exterior protectora de la Bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de pre- sión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área. • Impulsores: Es el corazón de la bomba centrifuga, recibe el líquido y le imparte una ve- locidad de cual depende de carga producida por la bomba. • Anillos de desgaste: Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carca- sa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos. • Flecha o eje: Son todos los elementos que giran en la bomba centrifuga transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.
  40. 40. 38 • Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba. • Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella. 7 Válvulas. Las válvulas son fundamentales para el correcto funcionamiento del sistema, ya que sin ellas no habría un corte del flujo o simplemente el sistema no funcionaría correctamente, se menciona- rán cada una de estas, en su función y características para montaje. Ilustración 12: Sistema de agua potable, con flange Fuente: Propia
  41. 41. 39 Ilustración 13 Sistema de agua potable, con rosca Fuente: 1 Propia 7.1 Válvula de retención Cada bomba debe tener una válvula de retención en la impulsión de esta, tiene como función evitar la inversión del flujo, cuando está abierto y bajo la presión del flujo, el mecanismo de retención se mueve libremente por los medios, ofrece muy poca resistencia y una caída mínima de presión. Ilustración 14 Válvula retención vertical, con resorte Fuente: koslan
  42. 42. 40 Durante la inspección sanitaria, se debe observa la operación de cada unidad de bombeo, se debe prestar atención al comportamiento de la válvula de retención durante el encendido y apagado de las unidades. La válvula de retención no se debe abrir ni cerrar bruscamente. Si esto sucede, se puede producir un golpe de ariete o carga de presión en el sistema de distribu- ción, lo cual podría ocasionar rupturas en la tubería matriz o en la de servicio. Cuando la bomba no está en operación, el resorte debe empujar el sello hasta la parte inferior de la válvula pro- duciendo un bloqueo del fluido agua arriba y abajo, por lo contrario, el flujo se empezará a devolver entremedio de la bomba que finalmente llegará hacia el estanque de acumulación, no permitiendo al sistema tener una presión constante al equipo 7.2 Válvula de aislación Cada bomba debe tener una válvula aislación (compuerta o bola) en la tubería de impulsión y aspiración. Ilustración 15 Válvula compuerta bronce y acero Fuente: koslan y KSB
  43. 43. 41 Ilustración 16 Válvula de bola, bronce y acero Fuente: koslan y KSB En sistemas donde el nivel de captación de agua está por encima del impulsor de la bomba (aplicación de “succión inundada” o “carga positiva”)10 , también se requiere una válvula de aislamiento en la entrada de cada bomba. Las válvulas de aislamiento facilitan la remoción de la bomba para su mantenimiento. La existencia de una válvula no implica necesariamente que esté en operación. Se debe hacer la operación de abrir y cerrar dichas válvulas. 10 Estos conceptos de Succión negativa y positiva se analizarán en el ítem montaje
  44. 44. 42 7.3 Junta dilatación o expansión Cada bomba debe tener una junta dilación en la tubería de impulsión y aspiración. Ya que la bomba produce vibraciones que por un prolongado tiempo puede producir fatigación de mate- rial y este accesorio, absorbe dichas vibraciones. Ilustración 17 Junta de expansión flangeada Fuente: Cosmoplas Ilustración 18; Junta de expansión doble onda, unión americana Fuente: Cosmoplas
  45. 45. 43 7.4 Válvula de pie La válvula de pie, es utilizada en el caso que la aspiración de un sistema sea de carácter negati- vo, dicha válvula permite mantener el fluido dentro del manifold de aspiración permitiendo utilizar el 100% del agua dentro del estanque. Ilustración 19: Válvula de Pie Fuente: Cosmoplas
  46. 46. 44 8 Válvulas en línea de impulsión general 8.1 Válvula reductora de presión La válvula reductora de presión tiene como ubicación en la línea general impulsión, teniendo la función es reducir una elevada presión presión aguas arriba de la válvula a un valor menor constante aguas abajo de la misma, independientemente de las variaciones de presión aguas arriba y de las variaciones del flujo o de la demanda en la línea. Ilustración 20: Válvula reductora flangeada y roscada – Fuente: Cosmopals Ilustración 21: Esquema de instalación correcto V.Reductora. – Fuente: Válvulas Claval
  47. 47. 45 8.2 Válvula Alivio La válvula de alivio de aire, es montada en el punto más alto del sistema de tubería y remueve automáticamente las bolsas de aire que se acumulan, pero ante de esta se debe montar una válvula de cierre para mantenimiento. Ilustración 22: Válvula de alivio de aire - Fuente: Válvulas clavel. 9 Accesorios 9.1 Hilo tuerca Elemento para unir valvular o piezas con hilo (NPT O BSP) Ilustración 23 Hilo tuerca Fuente: Cosmoplas
  48. 48. 46 9.2 Manómetro El sistema de elevación de agua potable es de suma importancia determinar la presión que está ejerciendo el sistema a la red y con ello dejar programado el variador o los presostatos para que el sistema funcione a lo que calculo sanitario exige. Ilustración 24 Manómetro con medición PSI y BAR Fuente: Veto 9.4 Presostato El presostato es un instrumento que abre o cierra un circuito eléctrico, en función del cambio de un valor de presión prefijado, en un circuito neumático. También se le conoce como inte- rruptor de presión. En pocas palabras es un instrumento que restringe la partida y parada de cada bomba en un sistema controlado por dicho instrumento Ilustración 25 Presostato con regulador de rango Fuente: Dandoss
  49. 49. 47 9.5 Transductor de presión Un transductor de presión, a veces llamado transmisor de presión, es un dispositivo que con- vierte la presión en una señal eléctrica analógica. Ilustración 26 Transductor de presión Fuente: Danfoss Este instrumento es fundamental en los sistemas de control con variador de frecuencia. 9.6 Campanilla La campanilla es de tal importancia, es un elemento que acusa rebalse de los estanques de acumulación o pozo seco, que son causas de emergía. Ilustración 27 Campanilla Fuente: Cosmoplas
  50. 50. 48 10 Piping o cañería Las cañerías en los sistemas de elevación de agua potable son fundamental y podemos utilizar una variedad de materiales, a comienzo se explicarán detalladamente cada una de estas y sus características principales 10.1 Cañería Cobre (Cu) La cañería cobre, es una de las más utilizadas en el sector inmobiliario. Es apta para el transpor- te de gas, vapor, lubricantes, calefacción y agua potable. La Nch 951 of2008, señala los requisitos que deben cumplir las cañerías de cobre tipo K, L y M, para conducción de agua potable, las normas asociadas son: Nch396; Accesorios de unión para tubos de cobre Nch2674: Cobre y aleaciones de cobre – accesorios de unión estampados a soldar y roscados para tubos de cobre – Requisitos generales de fabricación. • Aplicaciones Cañerías Tipo K. En tiras: aptas para el transporte de gas, vapor, oxígeno, lubricantes, calefacción. En instalaciones industriales, bajo severas condiciones de ser- vicio. Plomería en general. En rollos: extensión de redes de suministro con un mínimo de uniones. • Aplicaciones Cañerías Tipo L. En tiras: empleadas en instalaciones sanitarias de agua potable, vapor, gas, lubricantes y diversas aplicaciones industriales a la intemperie,
  51. 51. 49 empotradas o enterradas. En rollos: por su ductilidad y fácil adaptación con un mínimo de uniones, en redes para calefacción, áreas de superficie irregular o con obstáculos, sin necesidad de removerlos. • Aplicaciones Cañerías Tipo M. En tiras: plomería en general, líneas interiores de cale- facción, donde el diseño de ingeniería lo determine. o Ventajas: resistencia a la corrosión, baja pérdida de carga, propiedades bactericidas y fungicidas. o Desventajas: tienen un costo ($) más elevado que las cañerías de PVC y HDPE.
  52. 52. 50 Tabla 3: Tuberías de cobre para agua potable tipos K, L y M - Diámetro exterior y espesores de pared - Tolerancias y masa teórica. Fuente: Nch 951of2008. Aspectos mecánicos 10.1.1 Fittings de cobre Las Conexiones de Bronce (fittings), son accesorios de unión para cañerías de cobre. Las conexiones con extremos de igual dimensión se designan con la medida que caracteriza a la cañería con que han de usarse según la Nch 951. Las conexiones con extremos desiguales tanto en dimensión como tipo de unión se designan indicando la medida correspondiente a cada extremo unión, se designan indicando la medida
  53. 53. 51 correspondiente a cada extremo, comenzando por la mayor, en el mismo orden se deben ubi- car los tipos de unión. En caso de tres extremos, se designan indicando en primer lugar el mayor de los que están en línea recta, seguido por el opuesto a este y por último el lateral, cuando los extremos son todos iguales, se omite la repetición de ellos. Denominación: según Nch 396 • SI = Extremo para soldar interior, recibe la cañería de cobre en su interior maquinado, también denominado SO o C. • SE = Extremo para soldar exterior, se conecta al diámetro interior de la cañería de Co- bre (FTG). HI = Extremo roscado interior, para unión con accesorio o con cañería rosca- da (F roscada (F-Female) • HE = Extremo Roscado exterior para unión con accesorio o cañería roscada (M-Male). 10.1.1.1 Copla Se denominan coplas a la conexión que sirven para unir dos tuberías en línea recta. Ilustración 28: Fitting Coplas Fuente: Nibsa
  54. 54. 52 10.1.1.2 Terminales Los terminales son conexiones que sirven para acoplar tuberías de diferente material, forma de unión y diámetro. También se usan en las uniones de tuberías con otra conexión con hilo. Por ejemplo: llaves de paso, llaves de salida, tuberías y conexiones de PVC, galvanizada, etc. Ilustración 29: Fitting terminales Fuente: Nibsa 10.1.1.3 Tapa Gorro Conexión que tiene hilo exterior por ambos lados y se utiliza para unir dos tuberías, en línea recta. Se emplea cuando se necesita dejar pendiente la conexión de una tubería a otra, o a un artefacto. Con esta conexión las cañerías que quedan abiertas se tapan. Ilustración 30: Fitting tapa gorro Fuente: Nibsa
  55. 55. 53 10.1.1.4 Codo Se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería en un ángulo de 90°. Ilustración 31: Fitting Codo SO-HI-HE Fuente: 2Nibsa 10.1.1.5 Tees Se denomina Tee a una conexión que tiene la forma de la letra T. Estas conexiones permiten realizar una derivación desde una cañería, en 90°. Ilustración 32: Fitting TEE Fuente: Nibsa
  56. 56. 54 10.1.1.5 Codo con soporte Se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería igual a los codos, pero con elementos para fijar la instalación. Ilustración 33: Fitting Codo soporte Fuente: Nibsa 10.1.1.6 Tapón macho Se denomina Tapón Macho a la conexión que tiene hilo exterior y un dado para tomarlo con la llave. Conocido también como tapa de tornillo, se emplea para tapar un punto donde se en- cuentra una conexión con hilo interior Ilustración 34: Fitting tapa tornillo Fuente: Nibsa
  57. 57. 55 10.1.1.7 Bushing Se usan para unir tuberías con diferente diámetro que presenten hilo interior y exterior. Ilustración 35: Fitting bushing Fuente: Nibsa 10.1.1.8 Curvas Se emplean para desviar el sentido de conducción de una cañería. Ilustración 36: fitting curva SO-HE-HI Fuente: Nibsa
  58. 58. 56 10.1.1.9 Unión americana Se utilizan para montar o desmontar con facilidad artefactos que se encuentran fijos. Ilustración 37: Unión americana SO-HE-HI Fuente: Nibsa 10.1.1.10 Cruz SO SO Se denominan cruces a las conexiones que, dada su función, tienen la forma de una cruz. Los ángulos de esta conexión son rectos (90°), y se utilizan para sacar tres arranques en un mismo punto de la tubería. Ilustración 38: Fitting cruz SO Fuente: Nibsa
  59. 59. 57 10.1.1.11 Flange hilo he Se utiliza para conectar elementos de acero fundido, normalmente válvulas de gran dimensión o motobombas. Ilustración 39: Flange HE DIN Fuente: Nibsa
  60. 60. 58 10.2 Cañería acero Se fabrican por el proceso de estirado en caliente o también por extrusión en caliente. En cier- tos casos se emplea un proceso de estirado en frío, obteniéndose un mejor acabado superficial, una mayor precisión en las dimensiones y mejores propiedades mecánicas. Posteriormente, es necesario incluir etapas de enderezado, para asegurar que la cañería se encuentre totalmente alineada. Una vez terminado el proceso de fabricación y alineamiento, son cortadas según las dimensiones requeridas (largo estándar es de 6 metros). Opcionalmente se puede incluir algu- na etapa de tratamiento térmico. Sus extremos pueden ser planos, biselados, ranurados (tipo Vitaulic o roscado (NPT o BSP). La Nch 2087, Tuberías y piezas especiales de acero para agua potable -Requisitos, las Nch aso- ciada es Nch990 Conducción de fluidos – tubería y piezas especiales de acero – Soldadura. • Aplicaciones: líneas de agua, vapor, petróleo y gas en general, redes de incendio, aire comprimido, condensados, etc. • Ventajas: aguantan una mayor presión, que una cañería con costura de dimensio- nes similares. • Desventajas: es más cara ($), que una cañería con costura de dimensiones simila- res. Como criterio y cumplimiento de presiones a nivel inmobiliario ocuparemos la categoría Sch 40 que está asociada a la norma ASTM A53.
  61. 61. 59 Tabla 4: Cañería acero Sch 40 – Fuente: Válvulas industriales S.A Fuente: Propia 10.2.1 Fittings acero Los Fintting de acero están regidos por las mismas normas mencionadas en anterior mente en cañería de acero (Ítem 10.2), estos tienen los extremos con bisel de 45°, para una fácil penetra- ción de la soldadura a emplear, entre dos elementos de acero. 10.2.1.1 Codo acero Codo radio largo, se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería en un ángu- lo de 90°. Ilustración 40: Codo 90° radio largo. Fuente: Válvulas industriales
  62. 62. 60 Codo radio corto, Se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería en un ángu- lo de 90°, pero con un avance menor entre el eje vertical al eje horizontal. Ilustración 41: Codo 90° radio corto Fuente: Válvulas industriales Codo radio largo, Se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería en un ángu- lo de 45° Ilustración 42: Codo 45° radio largo Fuente: Válvulas industriales
  63. 63. 61 Codo radio corto, Se emplean para desviar el sentido de conducción de una tubería en un ángu- lo de 45°, pero con un avance menor entre el eje vertical al eje diagonal Ilustración 43: Codo 45° Radio corto Fuente: Válvulas industriales 10.2.1.2 Tee acero Se denomina Tee a una conexión que tiene la forma de la letra T. Estas conexiones permiten realizar una derivación desde una cañería, en 90°. Ilustración 44: Tee acero Fuente: Válvulas industriales
  64. 64. 62 La tee con reducción, permite disminuir un diámetro directamente desde el fitting Ilustración 45: Tee acero reducción Fuente: Válvulas industriales 10.2.1.3 Reducción acero La reducción concéntrica nos ayuda disminuir el diámetro de la cañería, pero desde su eje cen- tral Ilustración 46: Reducción concéntrica Fuente: Válvulas industriales La reducción excéntrica nos ayuda disminuir el diámetro de la cañería, pero respetándola pla- neidad desde el extremo de mayor diámetro. Ilustración 47: Reducción excéntrica Fuente: Válvulas industriales
  65. 65. 63 10.2.1.4 Tapa gorro Se utiliza para terminar una cañería, este fitting se utilizan mayormente en manifold. Ilustración 48: Tapa Gorro Fuente: Válvulas Industriales 10.2.1.5 Curva 180° acero Curva radio largo 180° se utiliza para desviar el flujo en la misma dirección que llega Ilustración 49: Curva radio largo 180° Fuente: Válvulas industriales Curva radio corto 180° se utiliza para desviar el flujo en la misma dirección que llega, pero dis- minuye la distancia entre los ejes de salida y entrada. Ilustración 50: Curva radio corto 180° Fuente: Válvulas industriales
  66. 66. 64 10.3 Perdida de carga “K” Con las válvulas y fitting mencionados, nos ayuda en confeccionar un sistema de elevación de agua potable, pero también tienen efecto en el cálculo hidráulico, la Nch2485of2000 hace mención sobre la perdida de carga de cada elemento y lo hace llamar coeficiente “k” Tabla 5: Coeficientes referenciales de perdida de carga singular “k” a utilizar en procedimientos según método cinético Fuente: Nch2485of2000
  67. 67. 65 Tabla 6: Longitud equivalentes a perdidas singulares (1/3) Fuente: Nch2484of2000 Tabla 7: Longitud equivalente a perdidas singulares (2/3) Fuente: Nch2484of2000
  68. 68. 66 Tabla 8: Longitud equivalente a perdidas singulares (3/3) Fuente: Nch2484of2000
  69. 69. 67 Grafico 1: Perdida de carga en cañería Fuente: Moto-bomba Pentax
  70. 70. 68 Grafico 2: Perdida de carga en cañerías de cobre para usos corrientes Fuente: CEDI
  71. 71. 69 CAPÍTULO lll En el presente capítulo se revisará el procedimiento de cálculo paso a paso, para obtener el QI y m.c.a, que debe cumplir proyecto de bombeo de agua potable, tomando nuestro proyecto a estudiar (Edif. Poeta Pedro Prado). 11 Método para calcula equipo de elevación de agua potable, edificio Poeta Pedro Prado 11.1 Parámetros de cálculo para la red interior de nuestro proyecto a estudiar Para obtener los datos iniciales para diseñar el sistema de elevación a estudiar, se necesita los datos técnicos de la instalación interior del proyecto de edificación, que es la determinación del medidor y el diámetro de las tuberías, para permitir que todos los puntos de consumo y arte- facto cuenten con la presión necesaria para su correcto funcionamiento. Es importante destacar que la determinación errónea de diámetros puede ocasionar muchos problemas. Diámetros inadecuados de las tuberías afectan el funcionamiento de los artefactos y, por lo tanto, su vida útil. El diseño y cálculo de las instalaciones domiciliarias de agua potable (IDAP) debe garantizar en toda circunstancia la preservación de la potabilidad del agua y un suministro adecuado a cual- quier artefacto, ciñéndose para ello a las normas chilenas, a las instrucciones de la Superinten-
  72. 72. 70 dencia y a las prácticas corrientemente empleadas en ingeniería sanitaria, para lograr los si- guientes cálculos; 1) Número estimado de usuarios 2) Dotaciones consideradas. 3) Materiales utilizados. 4) Cálculo de gastos instalados, probable y consumo máximo diario. 5) Cálculo de presiones. 6) Cálculo del medidor. 7) Cálculo y características de obras y equipos especiales. 8) Cálculo del consumo del período de punta 9) Bases técnicas del sistema de riego, si lo hubiera. Con los cálculos señalado se obtienen los parámetros básicos para empezar a determinar en la elección de la bomba a utilizar en nuestro proyecto de elevación de agua potable, este cálculo se basa en el conocimiento del caudal requerido por el consumo (Ql) y de la presión de trabajo (m.c.a)
  73. 73. 71 11.1.1 Gasto máximo instalado (QI) Gasto máximo instalado (Qi): Suma de todos los consumos de agua que se producirán en la instalación domiciliaria de agua potable (IDAP). Nuestro proyecto a estudiar tiene un QI de 57042 [lt/min] (Este calculo es el primero de dos que necesitamos para el diseño de nuestro sistema de bombeo de agua potable), que se ob- tiene de las siguientes tablas. Tabla 9: Cuadro resumen de artefactos totales del proyecto Fuente: Proyecto Sanitario Agua potable, Edif. Poeta Pedro Prado
  74. 74. 72 Tabla 10: Cuadro resumen de artefactos por torre Fuente: Proyecto Sanitario Agua Potable, Edif. Poeta Pedro Prado. Tabla 11: Cuadro general de artefactos Fuente: Proyecto Sanitario Agua Potable. Edif. Poeta Pedro Prado
  75. 75. 73 Proyectista considera dos gabinetes de red húmeda, aunque en dos torres existan 53, se consi- dera solo 2 funcionando, 1 en cada ala del edificio, para efecto de cálculo del caudal máximo probable. Tomando en cuenta como caudal fijo, pero proyectista tomo el error de no sumar caudales de algunos artefactos, dando como resultado QI de 57042 (Qmp 3410.62) en vez de un QI de 57542 (3314.6), posteriormente se resuelve problema al momento de empezar cálcu- los de sala de bombas, que serán mencionados posteriormente en este capítulo. 11.1.2 Metro columna de agua (m.c.a) Metro columna de agua (m.c.a): es una unidad de presión que equivale a la presión ejercida por una columna de agua pura de un metro de altura sobre la gravedad terrestre, esta altura es desde la boca de la bomba hasta el artefacto más alto de vuestro proyecto. 1. Diferencia de cotas en metros, entre el eje de la bomba y el nivel más alto en don- de está el ultimo artefacto de consumo. 2. Pérdida total de fricción y singularidades, producida en cañerías y fitting, desde el equipo de elevación hasta el último artefacto. 3. Perdida de carga en medidor o remarcador de agua, si lo hay. 4. Perdida útil o disponible en el artefacto sanitario más desfavorable, esta debe ser como mínimo 7 m.c.a (Nch2485 - ítem 5.6.2), en instalaciones alimentadas median- te sistemas de elevación mecánica.
  76. 76. 74 Nuestro proyecto consta de un m.c.a de 82/ 8.04 bar. (Este cálculo es uno de los dos que ne- cesitamos para diseñar el sistema de bombeo de agua potable). Este cálculo se obtiene de los siguientes aspectos: • Habitantes por cada recinto y el total • Diámetro del MAP. • Material a utilizar en ramales. (Acero fierro fundido) • Método de cálculo. (plano proyecto agua potable lamina 15/17, que hace mención al cuadro de perdida de carga) • Perdida de carga máxima disponible. (Esto lo podemos encontrar en las Tablas N°8, 9, 10 y 11 y en los gráficos N 1 y 2, pero en nuestro caso ocuparemos el grafico numero N°1, porque pertenece a las cañerías de acero). • Presión artefacto. Todos estos datos son ingresados en las siguientes tablas e ilustraciones; La siguiente tabla N°12 nos ayuda en determinar la rotación de los habitantes por día, esta será utilizará para determinar los remarcadores y medidor general de agua potable.
  77. 77. 75 Tabla 12: Consumos máximos diarios en instalaciones domiciliarias de agua potable Fuente: Reglamento de instalaciones domiciliarias de agua potable y de alcantarillado. Para la determinación del diámetro del medidor se podrá utilizar la tabla N°13 hasta un diámetro de 38 mm. o especificaciones del fabricante. Para diámetros superiores deberá recurrirse a las especifi- caciones del fabricante del medidor correspondiente.
  78. 78. 76 Tabla 13: Diámetro medidores domiciliarios e industrial Fuente: 2: Ridda y Por fabricante Proyectista determina la cantidad total de habitantes por rotación, con aquello podemos de- terminar el diámetro de los remarcadores y medidores, pero se deben tomar las sugerencias de las tablas N° 12 y 13. Tabla 14: Tabla de habitabilidad Fuente: Inmobiliaria Maestra S.A
  79. 79. 77 Ilustración 51; Justificación Ø Remarcadores departamento tipo 1 y 2 Fuente: Proyecto Sanitario Agua Potable. Edif. Poeta Pedro Prado Proyectista debe considerar el remarcado por cada tipo de departamento (Ilustración N°6 y 7) y con ello la perdida de carga que afectara a la presión general que debe cumplir nuestro sistema de elevación. I. Los pasos para calcular este sistema según perdida de carga son; 1. Cálculo Gasto Instalado (Qi Lts/min) QI = 60 Lts/min. 2. Calcular gasto máximo probable (QMP Lts/min) QMP = 29.22 lts/min
  80. 80. 78 Gasto máximo probable (Qmp): Concepto probabilístico mediante el cual se cuantifica el máxi- mo caudal con el que deben diseñarse las instalaciones de agua potable de inmuebles que tie- nen una determinada característica de consumo. Éste se calcula en función del gasto máximo instalado. Formula: 1 Caudal máximo probable (QMP) Fuente: 3 Nch2485of2000 En que: QMP : Gasto máximo probable en L/min. Qi : Gasto instalado en L/min. QMP = 1.7391 * 60 ^0.6891 QMP = 29.22 3. Pérdida de carga en el medidor Antes de comenzar a cuantificar la perdida de carga por roce en las cañerías y por las distintas singularidades que componen nuestro sistema de agua, es necesario conocer la perdida que nos genera el paso del flujo de agua por nuestro medidor calculado pre- viamente. Para el cálculo de la pérdida de carga en el medidor teniendo el consumo (C) se tiene que utilizar Tabla N°13 y el consumo máximo probable (QMP) podrá utilizarse la Fórmula Nº 1 “Perdida de carga en el medidor J MAP”, para medidores de transmi- sión mecánica de diámetro igual o inferior a 38 mm.
  81. 81. 79 Formula: 2 Perdida de carga medidor Fuente: Ridda En que: QMP: Gasto máximo probable en L/min. C: Capacidad máxima del medidor en mᶾ/día J Rap: Perdida de carga Se calculará con medidor de diámetro 13 mm J Rap = 0,036 (29.22/3)² J Rap = 3.415 m.c.a II. Los pasos para calcular este sistema según por consumo; 1. N° de habitante 4 habitante. 2. Dotación Según tabla N°12 “Consumos máximos diarios en instalaciones domiciliarias de agua potable” entre 150 – 450 lts/hab/día Total, Dotación = 150 los x 4 Hab. 600 Lts/hab/día ≈ 0.60 mᶾ/día. Se utilizará un remarcador de 13 mm de diámetro.
  82. 82. 80 Ilustración 52: Justificación Ø remarcadores recintos comunes en torre A, B, C y D Fuente: Proyecto Sanitario Agua Potable. Edif. Poeta Pedro Prado
  83. 83. 81 Se repite mismo proceso de cálculo en los remarcadores de áreas comunes. Ilustración 53: Justificación Ø medidor de agua potable general. Fuente: Proyecto Sanitario Agua Potable. Edif. Poeta Pedro Prado Proyectista debe calcular el medidor de agua potable, para cumplir con los mᶾ/h de los estan- ques de acumulación del sistema de elevación de agua potable y con ello la perdida de carga I. Los pasos para calcular este sistema según consumo; 1. N° de habitantes general y áreas verdes. N° de habitantes = 3714 Dotación = 150 los/día N° de trabajadores = 18
  84. 84. 82 Dotación = 150 lts/día Areas verdes = 635 m² Dotación área verde = 10/m²/día Las dotaciones de habitantes es según tabla N°12 “Consumos máximos diarios en instalaciones domiciliarias de agua potable” 2. Caudal medio diario. Qmd = (Población x Dotación) / (1000 lt/mᶾ x 20 h/día) Qmd = ((3714X150) + (18X150) + (635X10))/(1000X20) Qmd = 28.31 mᶾ/h II. Los pasos para calcular este sistema según por perdida de carga; I. Caudal máximo horario Qmh = Qmd x 1.5 x 1.5 Qmd = 63.69 mᶾ/h = 1061.53 lt/min II. Perdida en el arranque K1 = 676.745 x(Qmh^1.751/D.int^4.753) X L arranque K1 = 676.745X (1061.53 lt/min ^1.751 / 80 mm^4.753) X 20 K1 = 2.453 m.c.a III. Perdida en medidor agua potable. K2 = P (Qmh/C)² *P Perdida a caudal máximo = 5.9 m.c.a K2 = 5.9 (63.69 m / 100)² x 20 K2 = 2.393 IV. Pérdida total K= K1 + K2 = 4.846 < 5 m.c.a
  85. 85. 83 Proyecto en cuestión se considera en una alimentación de 4” (100 mm), quedando un margen de seguridad ya que con un medidor de 3” (80 mm), satisface la demanda de 28.31 mᶾ/h. Tabla 15: Diámetros y presiones Fuente: 4, Reglamento de instalaciones domiciliarias de agua potable y de alcantarillado (RIDDA) Proyectista con cálculo del medidor general y Qmp, ya puede empezar a calcular la presión requerida para satisfacer la demanda interna del proyecto a calcular. I. Los cálculos involucrados este este proceso es. 1. Perdida de carga por metro lineal cañería. 2. Perdida de carga por altura geográfica. 3. Perdida de carga por fitting y piezas especiales. Estos cálculos son acompañados por un plano isométrico de todos los ramales de piping en el edificio, de agua caliente y fría y cada tramo es asignado por una letra o número y así se puede determinar la cantidad de fittin y metros líneas que afectan como perdida de carga, con todo lo mencionado se obtiene el m.c.a necesario. Se deben considerar tabla N° 5, 6, 7 y 8. Los planos que hacen mención a lo anterior son desde la lámina 15, 16 y 17.
  86. 86. 84
  87. 87. 85
  88. 88. 86
  89. 89. 87
  90. 90. 88
  91. 91. 89
  92. 92. 90
  93. 93. 91 12. Parámetros de cálculo para sistema de bombeo agua potable Los parámetros generales para realizar dicho calculo son; QI : Suma de los caudales de los artefactos de un inmueble Qmp : Caudal máximo probable de una instalación Pa : Presión de partida de bomba Pb : Presión de parada de bomba D : Diámetro cañería m.c.a : Metros columna de agua Qm : Caudal medio de la bomba Qbi : Caudal de bomba ideal en Pa V : Velocidad de agua en cañería Vh : Volumen del estanque hidroneumático Qa : Caudal inicial bomba en Pa Qb : Caudal máximo bomba en Pb Vr : Volumen de regulación T : Tiempo de bomba 12.1 Gasto máximo probable (QMP) Gasto máximo probable (Qmp): Concepto probabilístico mediante el cual se cuantifica el máxi- mo caudal con el que deben diseñarse las instalaciones de agua potable de inmuebles que tie- nen una determinada característica de consumo. Éste se calcula en función del gasto máximo instalado. Formula: 2 QMP En que: QMP : Gasto máximo probable en L/min. Qi : Gasto instalado en L/min. Para el QI de nuestro proyecto, obtenemos el siguiente cálculo.
  94. 94. 92 QMP=1.17391*57.542 [lo/min]^0.06891, dando como resultado un QMP o Qdiseño es de 3314.59 [lt/min]. ● Para el último artefacto, el caudal máximo probable, debe ser la suma de los caudales insta- lados de ambos ● El caudal máximo probable de un tramo de ramal en que existen tres o más artefactos debe ser, como mínimo la suma de los dos de mayor consumo. 12.2 Parámetros a considerar para definir motobomba Ya obteniendo los parámetros de presión (m.c.a 82) y caudal (QMP 3314.59 [lt/min]), pode- mos determinar la bomba a ocupar en vuestro proyecto, por lo cual nuestros futuros cálculos en adelanté serán a partir de nuestro ejemplo. Pero debemos cumplir los requisitos de la Nch2794 - item 5.3. Requisitos para los equipos de elevación 5.3.1 - Los equipos de bombeo, excluido el equipo de reserva, deben suministrar un caudal equi- valente al de diseño determinado como caudal máximo probable (QMP) y asegurar el cumpli- miento de los requisitos establecidos en la Nch2485. 5.3.2 - Toda la instalación de equipos de bombas debe considerar a lo menos un equipo de re- serva, cuya capacidad debe ser igual al mayor de los equipos básicos. 5.3.3 - Se deben utilizar de preferencia bombas centrífugas, con motores eléctricos. De diseñar- se otro tipo de bombas, deben ser debidamente justificada y aceptadas por la Autoridad Com- petente.
  95. 95. 93 5.3.4 - En general, en los edificios de más de 10 pisos se pueden subdividir los sistemas de eleva- ción, de modo que con cada uno de ellos se sirva a un número de pisos en que no se supere la presión máxima de 50 m.c.a establecida en Nch2485. 5.3.5 - El número de bombas de la instalación se puede determinar en función del caudal de diseño (QMP) Según la tabla N°5 Ante las exigencias mencionadas se agregará un caudal QBi (Caudal Motobomba ideal), este concepto será de gran explicación para definir una motobomba acorde a lo exigido Tabla 16 - Número mínimo de bombas, en función del caudal de diseño (QMP) Fuente: Nch2794 En el caso de utilizar bombas de velocidad variable, no es de aplicación la exigencia de la tabla N°1, pero siempre se debe considerar una bomba de reserva En nuestro ejemplo podemos determinar que nuestro QMP o Qdiseño, nos señala en la tabla N°5, que deben ser cuatro moto-bombas más una de reserva, esto quiere decir que nuestro caudal debe ser dividido por la cantidad de bomba señalada; QMP/N° de bomba: Caudal de bomba ideal (Qbi) QMP 3314.59 [lt/min]/ 4: Qbi 828,65 [lt/min]
  96. 96. 94 Estas consideraciones se basan en que la mayor frecuencia de demandas de agua en la red domiciliaria se verifica para rangos pequeños de caudales, llegándose al máximo probable sólo en contadas ocasiones, por lo que no es eficiente definir una sola motobomba para entregar todo el caudal, si estará la mayor parte del tiempo encendiéndose y apagándose para entregar la mitad o menos del caudal de su capacidad. La motobomba seleccionada deberá entregar un caudal Qa (Caudal inicial bomba) a la presión Pa (Presión de partida de bomba) requerida por el cálculo precedente de presión y caudal. Si el caudal Qa de la bomba es inferior al Qmp (Caudal máximo probable de una instalación), deberá agregarse tantas bombas del mismo tipo como fuesen necesarios (Instaladas en paralelo) hasta que el Qbi (Caudal de bomba ideal) de estas llegue a la Pa del proyecto, la dotación de las mo- tobombas se completa con una última de idénticas características a las anteriores, la que queda de reserva para el caso de fallar cualquiera de las que están en funcionamiento. Nch 2794 ítem 5.3.5 tabla N°5 12.3 Definición de bomba Para todos los sistemas de elevación de agua con estanques hidroneumáticos de presión cons- tante se deberá elegir motobombas que cumplan con la presión Pa (Presión de partida de bomba), del proyecto y así también dar con la presión de corte Pb (Presión de parada de bom- ba) con una diferencia de 10 m.c.a (Pa + 10 m.c.a = Pb). El rango de regulación de presión debe ser alrededor de lo indicado, ya que si sobrepasamos dicha condición la motobomba funcionaran sobre exigida y es más quizás no cumpla con el caudal determinado, esto quiere decir que tendremos fallas técnicas en un corto tiempo que
  97. 97. 95 afectara el costo de mantención, esto es mencionado en el reglamentó RIDDA (Titulo VI, ART. 84° letra k), con una diferencia de presión entre la partida y parada de la bomba de 1.2 m.c.a. Si nuestro ejemplo 82 m.c.a y sumamos 10 m.c.a, nuestro Pb será de 92 m.c.a 82 m.c.a + 10 m.c.a = 92 m.c.a. Con el cálculo Qbi (Caudal de bomba ideal) definido debemos encontrar el modelo de bomba adecuada, como así también determinar las características de caudales y presiones que nos permitan calcular el estanque hidroneumático. Partimos trazando líneas sobre el grafico de motobombas Vogt, para ello consideramos primero la presión Pa que es igual al H de nuestro proyecto (82 m.c.a), esta línea horizontal tendrá un color verde y será interceptada por una línea vertical que es QBi de color verde, esto nos indica un modelo a elegir, pero también de- bemos tener en cuenta hasta que caudal puede llegar nuestra bomba ya sea en las presiones de 82 m.c.a (Pa) a 92 m.c.a (Pb), ya que QBi de una motobomba siempre debe estar al centro de esta, para así poder determinar un modelo de bomba adecuado, por lo cual se trazara otra línea vertical de color azul, que nos indicara el caudal inicial de nuestro modelo que se llamara Qa, el grafico nos indica que llega a un caudal de 966 [Lt/min] en 87 m.c.a (Pa), luego trazamos una línea horizontal roja que será Pb y estará indicara el caudal Qb que es la línea roja vertical que es el caudal máximo que puede llegar nuestro modelo de motobomba, el grafico muestra que puede llegar a 246 [Lt/min]
  98. 98. 96 Grafico 3: Altura H (M) vs mᶾ/h de una bomba centrifuga VOGT. Fuente: Moto - Bombas VOGT
  99. 99. 97 Nuestro modelo de bomba será VOGT NM40-250/24HP/380V, ya que cumple con los paráme- tros Ilustración 54: VOGT NM40-250/24HP/380V Fuente: 5 Moto-bombas VOGT
  100. 100. 98 12.4 Determinación del Qm de la moto-bomba Debemos conocer el caudal medio (Qm) de la bomba esto quiere decir entre el Qa y el Qb, por lo tanto, con la siguiente formula determinamos dicha incógnita: Formula: 3 Caudal medio moto-bomba (Qm) En que: Qa: Caudal inicial bomba. Qb: Caudal máximo bomba. Por lo tanto: QM= (966 [Lt/min] + 246 [Lt/min]) / 2 = 606 [Lt/min] *Ingeniero sanitario tomo Qa en 828.64 [Lt/min] con una Pa de 87 [m.c.a] y Qb en 151.66 [Lt/min] en una 93.5 [m.c.a], realizando un cálculo fuera del rango que necesita proyecto, porque a la presión de 97 [m.c.a], la motobomba entrega un caudal 0. Estos datos son entre- gados por el grafico de la motobomba asignada por proyectista, grafico N°3 (Motobomba NM40-250/24HP/380V). Pero hace mención que: Pa = 82 m.c.a  Qa = 828.64 Lt/min Pb = 92 m.c.a  Qb = 151.66 Lt/min Dando un QM de 490.15 Lt A lo mencionado anteriormente, se realizarán los siguientes cálculos con el QM de 606 [Lt/min]
  101. 101. 99 12.5 Calculo de volumen de regulación En los sistemas con estanques hidroneumáticos, el volumen de regulación (Vr): es el volumen de agua a presión que debe acumular el estanque con el objetivo de imponer una determinada frecuencia de partidas horarias para el consumo más desfavorable, el que ocurre cuando este consumo se iguala a la mitad del caudal medio (Qm) de la motobomba. en los sistemas multi- bombas, el Qm y el Vr que se calcula corresponde a la bomba asociada al presostato de rango de presión más alto, aunque el Vr regula también la frecuencia de las motobombas de apoyo. El Vr esta en función del Qm de la bomba y el tiempo (T) entre partida y partida, esto se determi- na con la tabla N°6. Potencia (HP) T (min) 1-3 1,2 3-5 1,5 5 -7,5 2 7,5 - 15 3 15 - 30 4 sobre 30 6 Tabla 17: Relación mínima entre T y potencia moto-bomba Formula: 4 Volumen de regulación (Vr) En que: Qm : Caudal medio de la bomba T: Tiempo funcionamiento moto-bomba. Por lo tanto, Vr= (606 [Lt/min] x 4 [min]) / 4 = 606 Lt *Ingeniero sanitario considero un Vr = 490.15 Lt
  102. 102. 100 12.6 Cálculo volumen estanque hidroneumático El volumen del estanque hidroneumático está en relación directa con el volumen de regulación, con la presión de desconexión y en relación inversa al diferencial. Las presiones para este cálcu- lo se deben medirse en atmosferas, correspondientes una atmosfera metro de columna de agua. El valor entregado por la operación debe ser inferior a la capacidad del modelo de serie del estanque hidroneumático. Formula: 5 Volumen estanque hidroneumático (VH) En que: Vr: Volumen de regulación. Pb: Presión de parada moto-bomba. Pa: Presión de partida moto-bomba. Por lo tanto, VH = 606 [Lt] x (92 [m.c.a]) + 10) / (92 [m.c.a] – 82 [m.c.a]) = 6181,20 [Lt] ≈ 6200 [Lt] Esto quiere decir que se utilizaran cinco estanques hidroneumáticos de 1000 [Lt] y uno de 1200 [Lt]. *Ingeniero a cargo realiza erróneamente cálculo de Qm, mencionado en el ítem 12.4 y por consecuencia VR, quedando un VH de 4999.6 lt.
  103. 103. 101 12.7 Cálculo de velocidad de agua en manifold de aspiración e impulsión Según Nch 2485 Ítem 5.3 las velocidades del agua en las tuberías no deben exceder de 2,5 m/seg en tuberías exteriores y de distribución principal 2,0 m/seg en la red interior. Por la categoría del equipo de gran envergadura por su QMP de 3314,59 [Lt/min], es preferible ocupar cañería de acero ASTM A53 SCH 40, recubierta de zin en caliente, para los manifold de aspiración e Impulsión. Ante lo mencionado necesitaremos la tabla N°7 y fórmulas para deter- minar la velocidad del fluido en nuestro piping. Tabla 18: Cañería acero carbono ASTM A53 SCH 40, con cálculos adicionales. Fuente: Propia
  104. 104. 102 Existen dos formas diferente para determinar la velocidad en nuestra cañería. Para la primera opción necesitaremos las siguientes formulas; Formula: 6 Área de un circulo (A) [m²] En que: π : 3,14159265358979 R: Radio [m] D: Diámetro Interior cañería [m] Formula: 7 Velocidad (V) [m/seg] (1) En que: V: Velocidad del fluido [m/seg] Q: Caudal [Lt/min] A: Área [m²] Con las dos fórmulas propuestas, podemos empezar a desarrollar nuestro cálculo para llegar a la velocidad del fluido. Evaluaremos dos diámetros de cañería uno de 6” y otro de 8”.
  105. 105. 103 1. Piping 6” tiene un diámetro exterior de 168,3 mm y un espesor de cañería de 7,11 mm, pero debemos conocer el diámetro interno, esto quiere decir que tenemos que restar el espesor dos veces al diámetro exterior. Por lo tanto, el Diámetro Ø Int. = D.Ext. 168,3 [mm] – (2 X – 7,11 [mm]) Diámetro Ø Int. = 154,08 [mm] ≈ 0,15408 [m] 2. Necesitamos saber el radio de nuestra cañería por lo cual el diámetro se divide en dos. Por lo tanto, el radio (R) = 0,15408 [m] / 2 Radio (R) = 0,07704 [m] 3. Aplicaremos la formula N° 5 Área: Por lo tanto, Área (A) = π x (0,07704 [M]) ² Área (A) = 0,018645 [m²] 4. El caudal de nuestro proyecto es de 3314,59 [Lt/min] ≈ 0,05524 [mᶾ/seg] 5. Aplicaremos la formula N° 6 Velocidad Por lo tanto, velocidad (V) = 0,05524 [mᶾ/seg] / 0,018645 [m²] Velocidad (V) = 2,96 [m/seg] No cumple con Nch2485 – Ítem 5.3, por lo cual debemos realizar el mismo cálculo para la cañe- ría de 8” y ver si este cumple con el requisito.
  106. 106. 104 1. Diámetro Ø Int. = 202,74 [mm] ≈ 0,20274 [m] 2. Radio (R) = 0,10137 [m] 3. Área (A) = 0,032282 [m²] 4. El caudal de nuestro proyecto es de 3314,59 [Lt/min] ≈ 0,05524 [mᶾ/seg] 5. Velocidad (V) = 1,71 [m/seg] Esto quiere decir que si cumple con los 2,5 [m/seg], que exige la norma en tuberías exteriores y de distribución principal. Entonces nuestro manifolds será de 8”. Ya teniendo el diámetro prin- cipal definido, ahora debemos determinar el piping de entrada y salida de cada bomba, se repi- te mismo procedimiento, empecemos a calcular piping de 3” y 4”, utilizando tabla N°7 en el orden mencionado, pero esta vez realizaremos el segundo método para determinar la veloci- dad del fluido. Formula: 8 Velocidad (V) [m/seg] (2) En que: V: Velocidad del fluido [m/seg] Qa: Caudal inicial bomba [Lt/min] D: Diámetro [mm]
  107. 107. 105 1. Por lo tanto, Velocidad (V) = 21,221 X 966 [Lt/min] / (77,92 [mm]) ² Velocidad (V) = 3,38 [m/seg] No cumple con Nch2485 – Ítem 5.3, por lo cual debemos realizar el mismo cálculo para la cañe- ría de 4” y ver si este cumple con el requisito. 2. Por lo tanto, Velocidad (V) = 21,221 X 966 [Lt/min] / (102,26 [mm]) ² Velocidad (V) = 1,96 [m/seg] Esto quiere decir que si cumple con los 2,5 [m/seg], que exige la norma en tuberías exteriores y de distribución principal. Entonces la boca de entrada y salida de cada bomba será de 4”. 13 Presupuesto de montaje propuesta proyectista Se presenta presupuesto por un sistema de presión variable, porque ingeniero sanitario a cargo del proyecto Poeta Pedro prado, considero una propuesta de cinco motobom- bas y cinco estanques hidroneumático, dando como requerimiento un tablero ET de 24HP. 13.1 Itimizado de presupuesto de presión variable propuesta proyectista Presupuesto toma referencia al valor UF del 9 de diciembre del año 2017, teniendo un valor de $ 26779

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