REDISEÑO DE UN EQUIPO DE BOMBEO, CÁLCULO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
PARA ABASTECER DE AGUA POTABLE AL PUEBLO DE SAN JUAN ZITLALTEPEC, ZUMPANGO, ESTADO DE MÉXICO
RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ AARÓN - 1 -
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENERÍA MECÁNICA
Y ELÉCTRICA
ESIME AZCAPOTZALCO
“TESIS TRADICONAL”
TEMA
“REDISEÑO DE UN SISTEMA DE BOMBEO, CÁLCULO,
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO PARA ABASTECER DE
AGUA POTABLE AL PUEBLO DE SAN JUAN ZITLALTEPEC,
ZUMPANGO, ESTADO DE MÉXICO”
EL TEMA COMPRENDERÁ LOS SIGUIENTES PUNTOS:
1. GENERALIDADES DE LA LOCALIDAD
2. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO EXISTENTE
3. INGENERÍA BÁSICA Y CONCEPTOS GENERALES DE
HIDRÁULICA
4. MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN
5. DESARROLLO DEL PROYECTO
6. ANÁLISIS ECONÓMICO
7.
RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ AARÓN
NO. DE BOLETA: 2003360143
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AGRADECIMIENTOS
A Dios
Gracias por darme la vida y una familia,
Por darme las cualidades y las capacidades que tengo,
Por haberme dejado concluir una gran etapa de mi vida.
Y por que nunca se apartara de mí.
A mi Padre
Por apoyarme y haberme enseñado los principios básicos de la vida,
Por enseñare a ser un hombre y varón de provecho,
Por enseñarme a caminar de pie y de frente,
En tiempos buenos y en tiempos malos.
A mi Madre
A ella le dedico este proyecto, con orgullo, respeto y veneración,
Le agradezco por todo el apoyo incondicional que me ha brindado en mi vida
Por haberme guiado, educado y enseñado a ser un buen hijo,
Por enseñarme que nunca hay que dejarse vencer
Gracias mama, Te amo.
A mis hermanos
Braulio, Pamela, Paola, Guadalupe y Ama Patricia Rodríguez Rodríguez.
Les agradezco mucho por estar conmigo en todos momentos,
Como amigos, compañeros y excelentes hermanos
A mí Querida ESIME
Agradezco a mi escuela por ser la casa madre de conocimientos,
Por haberme brincado el conocimiento teórico practico,
Por haberme formado como Ingeniero
Para cumplir objetivos y dar excelentes resultados.
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A mis profesores
Con gratitud por haberme transmitido su valiosos conocimientos
Y formado como estudiante e Ingeniero
Y preparándonos para enfrentarnos firmes en la industria
A mis asesores
Ing. Alejandro Hidalgo Rivadeneyra
Ing. Andrés Quintero Miranda
Por haberme apoyado con su valioso esfuerzo y dedicación en este proyecto
Reconozco sus grandes conocimientos como profesores en la escuela
Con toda mi admiración y respeto
Por ser cimientos de edificación para la ESIME
A mis Sinodales
Ing. J. Santana Villareal Reyes
Ing. Eduardo Rico González
Por haber puesto su valioso empeño y conocimiento
En la buena revisión de este proyecto
Además es digno de admiración su gran compromiso en la escuela
Atreviéndome a admirarlos como pirales de la ESIME
A todos
Mis más sinceras gracias y mi eterno
Agradecimiento
“La técnica al servicio de la Patria”
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ÍNDICE
JUSTIFICACIÓN
INTRODUCCIÓN
CAPITULO 1: GENERALIDADES DE LA LOCALIDAD
1.1 Perfil Histórico
1.2 Localización Geográfica
1.3 Hidrografía
1.4 Clima
1.5 Orografía
1.6 Flora y Fauna
1.7 Educación
1.8 Salud
1.9 Economía
1.10 Población
1.11 Servicios Públicos
CAPITULO 2: DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO EXISTENTE
2.1 Antecedentes del sistema de bombeo
2.2 Ficha técnica
2.3 Pozo profundo
2.4 Niveles de bombeo
2.5 Fuente de abastecimiento
2.6 Conducción
2.7 Almacenamiento
CAPITULO 3: INGENERÍA BÁSICA Y CONCEPTOS GENERALES DE
HIDRÁULICA
3.1 Fluido
3.2 Caudal
3.3 Principio de la Conservación de la energía ecuación de
Bernoulli
3.4 Principio de la Conservación de la materia ecuación de
continuidad
3.5 Regímenes de corriente
3.6 Numero de Reynolds
3.7 Rugosidad
3.8 Diagrama de Moody
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3.9 Perdidas de carga de un sistema de bombeo
3.10 Determinación de cargas en un sistema de bombeo
3.11 Carga dinámica total
3.12 Carga Neta Positiva de Succión NPSH
3.13 Potencia
3.14 Factores indeseables en un sistema de bombeo
3.15 Bombas hidráulicas
3.16 Descripción de un equipo de bombeo
CAPITULO 4: MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN
4.1 Mantenimiento
4.2 Tipos de mantenimiento
4.3 Mantenimiento productivo total (TPM)
4.4 Operación de bombas centrifugas
4.5 Seguridad en la operación y mantenimiento
4.6 Propuesta de mantenimiento
CAPITULO 5: DESARROLLO DEL PROYECTO
5.1 Datos del proyecto
5.2 Población del proyecto
5.3 Calculo del caudal
5.4 Memoria de cálculo
5.4.1 Calculo de velocidades
5.4.2 Calculo de la rugosidad relativa
5.4.3 Calculo del Número de Reynolds
5.4.4 Calculo del coeficiente de fricción
5.4.5 Calculo de longitudes L y Le.
5.4.6 Calculo de perdidas primarias y secundarias
5.4.7 Calculo de altura geodésica
5.4.8 Calculo de la carga de velocidad
5.5 Cálculo de la Carga Dinámica Total
5.6 Calculo del NPSHD
5.7 Condiciones de bombeo
5.8 Calculo de potencias
5.9 Selección de la bomba
5.10 Datos de la bomba seleccionada
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CAPITULO 6: ANÁLISIS ECONÓMICO
6.1 Recomendaciones
6.2 Presupuesto del equipo y accesorios
6.3 Costos -Beneficio
CONCLUSIONES
GLOSARIO
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
A-1 Nomenclatura
A-2 Simbología
A-3 Diagramas y tablas
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JUSTIFICACIÓN:
Actualmente la demanda demográfica del pueblo de San Juan Zitlaltepec,
ha impactado notablemente el consumo de agua potable, siendo deficiente y de
gran carencia, por lo que se tiene la necesidad de suministrar suficiente de este
vital liquido, esto hace necesario proyectar la selección y rediseño del sistema de
bombeo y sus procedimientos de conservación para el funcionamiento eficiente y
continuo diario a toda la población.
INTRODUCCIÓN:
En la actualidad, lograr que cada proyecto sea rentable es una labor
realmente difícil. Tenemos que ser sumamente eficientes y profesionales al
planear y ejecutar un proyecto.
En el área de la hidráulica como en cualquier otra las decisiones sobre la
adquisición de equipos están dirigidas a encontrar la mejor opción para lograr la
productividad de cada proyecto requiere, con la menor inversión posible.
Debido a las necesidades socioeconómicas de los diferentes núcleos de
población, es necesario aplicar mejores técnicas y procedimientos para el mejor
aprovechamiento y el uso de un sistema de agua potable. Por lo que se hace
necesaria la aplicación de mejores sistemas hidráulicos.
La finalidad de este proyecto es presentar procedimientos prácticos para el
planteamiento de soluciones adecuadas a diferentes problemas en relación con el
suministro de agua potable. Conocer los lineamientos que se deben seguir al
proyectar un sistema de agua potable proporcionando un conocimiento general
sobre los aspectos mínimos necesarios para dicho sistema y posteriormente una
aplicación practica para su mantenimiento permanente de este equipamiento.
El sistema de abastecimiento de agua potable se encuentra tomando en
cuenta las necesidades de carencia actual del vital líquido y futura garantizando
el consumo del inmediato crecimiento de la población.
Por lo cual se proyecta una selección de equipo nuevo de bombeo y
rediseñar la fuente de almacenamiento para el buen abastecimiento y
distribución del agua, proponiendo un programa de mantenimiento del equipo
para garantizar la operación continua, y eliminando las posibles fallas
electromecánicas en el equipo, haciéndolo seguro, económico y no afectar el
suministro del vital liquido a la población.
Se pretende que esta solución no sea un caso particular, sino servir por
ejemplo en todos aquellos problemas que presentan semejanza con este.
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C A P I T U L O I
GENERALIDADES DE LA LOCALIDAD
1.1 PERFIL HISTÓRICO
Durante el siglo VI d. c., tribus Otomíes se establecieron en las orillas del lago de Citaltepetl y parte del lago de Texcoco. Para aprovechar el tule, el mimbre, la
pesca y la casa.
La llegada de los Toltecas al Lago de Zitlaltepec surgió una nueva corriente
migratoria en esta zona lacustre, que fueron los Chichimecas, siendo éstos una
raza belicosa, bien organizada, y trajo nuevas aportaciones culturales con una estructura social más avanzada y bajo el mando de sus más grandes dirigentes
Xolotl y su hijo Nopaltzin, quienes dan un nuevo matiz a la región y fundan una gran cantidad de pueblos con su capital en Tenayucan.
De la fundación de esta acrópolis surgieron los pueblos de Zitlaltepec y Zumpango. Siendo Zitlaltepec, por razones de ubicación orográfica, el más
antiguo; Ya que, éste se encontraba en las partes más altas del lago estando a salvo de las inundaciones y ataques sorpresivos.
El pueblo de Zitlaltepec, por su ubicación geográfica, resulto ser un sitio
estratégico, ya que era fácilmente defendible y se consideraba “la puerta de entrada del Valle de México”, además, por estar situado en la parte más alta
sobre el nivel del mar está mas seguro en caso de inundaciones. Por esto, los grupos de nativos que dominaron la región establecieron en el pueblo (y hasta la
época de la conquista) sus guarniciones militares.
En la época de la colonia, Zitlaltepec es mencionado como Citlaltepec,
Zitlaltepeque, Citlaltepetl, Citlaltepeque y Zitlaltepec, que es la forma que ha
sobrevivido hasta la actualidad. Ignoramos el año en que ya aparece en los documentos oficiales (1740), el nombre de San Juan, es porque el santo patrono,
es San Juan Bautista.
Etimología:
Zitlaltepec: proviene de la lengua náhuatl, es un topónimo aglutinado que se
compone de tres palabras:
Citlalli: estrella tepetl: cerro, monte c: lugar (Lugar del cerro de la estrella).
San Juan Zitlaltepec en Nahuatl se entiende Zitlal de Citlalli= estrella, Tepetl= Cerro;
(Cerro de la estrella).
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1.2 LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA
El pueblo de San Juan Zitlaltepec se encuentra en el municipio de
Zumpango, estado de México. Se muestra la ubicación del municipio en el mapa
del Estado de México en la figura 1.
FIG. 1
1.2.1 LIMITES:
El municipio de Zumpango colinda al Norte con Texisquiac y Hueypoxtla, al
Sur Coyotepec, Nextlalpan y Teoloyucan, al Este con el Estado de Hidalgo y
Tecamac y al Oeste con Huehuetoca. Se muestran las colindancias en la figura 2.
FIG. 2
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1.2.2 UBICACIÓN
El pueblo de San Juan Zitlaltepec esta ubicado geográficamente en las
siguientes coordenadas aproximadamente.
Latitud 19° 46’ 17” del Norte y a los 98° 34’ 49” de latitud oeste con respecto
al Meridiano de Greenwich.
Teniendo una altura entre los 2260 y los 2340 metros sobre el nivel del mar,
con declives del 20% respecto a la topografía.
Cuenta con cuatro barrios o comunidades las cuales son: Santa María, San
Pedro, San Lorenzo y San Miguel, cuenta el con una superficie de 50.07
kilómetros cuadrados. En la figura 3 se muestra un mapa y como esta dividido en
barrios el pueblo.
FIG.3
El acceso al lugar se puede hacerse desde la ciudad de México mediante 60
km aproximadamente por la Carretera Federal México-Pachuca, tomando la
desviación izquierda Carretera los Reyes-Zumpango aproximadamente a 25 km se
llega hasta dicho lugar.
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1.3 HIDROGRAFÍA
Por la característica de la topografía de la zona existen varias barrancas, siendo la principal la barranca de la estrella.
No hay ríos o arroyos, pero son abundantes las presas (San Marcos, Del Bodio,
etc.). En la época de lluvias, estas Barrancas forman verdaderos ríos, los cuales
desembocan en la parte sur del pueblo; es decir, en la Laguna de Zitlaltepec.
El plan de Jalpilla y terrenos de Santa María de Guadalupe poseen canales
de riego que proceden del canal de Santo Tomas y túnel de Tequixquiac
respectivamente. San Miguel Bocanegra también posee canales de riego, de la
unidad de Riego localizado en el Túnel Viejo de Tequixquiac.
1.4 CLIMA
La localidad de San Juan Zitlaltepec se encuentra dentro de la zona de los
climas templados del estado de México; se identifica un clima templado
subhúmedo con lluvias en verano, la precipitación del mes más lluvioso de 600
milímetros; la temperatura media anual es de 14.8 °C, siendo la temperatura del
mes más frio 2.3°C. El porciento de la precipitación invernal con respecto a la
anual es menor de 13.
1.5 OROGRAFÍA
Esta constituida en su mayor parte por un sistema de meseta, derivadas de la
meseta denominada, Zitlaltepetl. Las altitudes de este pequeño sistema orográfico
fluctúan entre los 2,260 y los 2,340 metros sobre le nivel del mar.
Las zonas planas están ubicadas principalmente en el Ejido de San Juan
Zitlaltepec (al poniente de la población), con altitud de 2,250 metros sobre el nivel
del mar. Así como también en la región sur del Pueblo; antiguamente, hasta
antes de 1930, estos terrenos formaban parte del Lago de Zitlaltepec. La parte
plana representa solo el 15% de la superficie total.
1.6 FLORA Y FAUNA
La principal flora silvestre es: maguey, nopal, organo, biznagas, cardones,
alcanfor, pirul, palo dulce, huizache, peshtón, árnica, olochiche, tumba vaquero,
gordolobo, pericón, artiguilla, fresno, llorón, lengua de vaca, chicoria, epazote de
zorrillo, diente de león, alfilerillo.
Los campesinos se dedican a cultivar en el campo, maíz que es la
subsistencia, frijol, avena, cebada, alfalfa, etc. y con sus cultivos proveen
alimentos a sus familias y a sus ganados.
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La fauna silvestre es: Conejo, liebre, zorrillo, armadillo, coyote, víbora de
cascabel, camaleón, texincoyote, metoro, ratas de campo, tlacuache, palomas,
lechuzas, tecolotes, gorriones, tzenzontles, jilgueros, golondrinas, colibrí, pájaro
maicero y capulashclero, calandrias, tordos, gangas, codorniz, pájara vieja,
chillones, tataviolín, cardenal, gavilanes, zopilotes, pichones, urracas. Además
insectos: moscas, moscos, arañas, alacranes.
Los ganaderos, crían, borregos, vacas y bueyes, pollos, guajolotes, asnos,
caballos, mulas, entre otras conocidas. Lo cual implica que el agua es su
principal fuente de vida y trabajo.
1.7 EDUCACIÓN
En este pueblo dispone con infraestructura educativa en los niveles,
prescolar, primaria, secundaria general, telesecundaria, secundaria técnica
industrial; en cuanto a la educación media superior, existe preparatoria y se
cuenta con un CBTIS. El alfabetismo, se ha abatido considerablemente por medio
del programa del INEA.
1.8 SALUD
La atención a la salud en el pueblo de San Juan Zitlaltepec, se proporciona a
través de instituciones del sector oficial, que tiene cobertura descentralizada de
servicios como es el centro de salud ISSEM y también cuenta con servicio medico
particular.
1.9 ECONOMÍA
Entre las actividades económicas del pueblo se encuentran: la agricultura,
ganadería, pesca, explotación forestal y comercio.
1.10 POBLACIÓN
Día a día el crecimiento de población es demasiada, se podrían crear planes
de contingencia o de desarrollo urbano, los cuales puedan frenar el crecimiento,
pero esto se ve difícil debido a quedas las personas tienen derecho a una vivienda
y a los servicios de una comunidad, lo cual en la actualidad el factor donde se ve
reflejado es en el consumo de agua potable.
La población registrada actualmente en el conteo 2012 de población y
vivienda elaborado por el INEGI, en el presenta un total de 18495 habitantes. A
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sí mismo el censo reporto un total de 3338.44 viviendas particulares. De acuerdo
con los datos anteriores el número de habitantes por vivienda en el pueblo es de
5.54.
1.11 SERVICIOS PÚBLICOS
Los servicios son concentrados principalmente al centro y cabecera del
pueblo, donde por su importancia ha sido necesaria la implantación de estos,
brindando a los habitantes los siguientes: agua potable, drenaje, energía
eléctrica, alumbrado público, línea telefónica, centros recreativos y deportivos,
parque y jardín, cuentan con mercado, auditorio, panteón y seguridad pública.
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CAPITULO II
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO EXISTÉNTE
El Ingeniero Mecánico debe tener en cuenta las características específicas
de un equipo de bombeo para su selección y su funcionalidad como son:
capacidad, caudal, carga dinámica total, la potencia requerida por la bomba y
eficiencia de la unidad.
Se tiene la información respecto al problema en particular, estos estudios
son indispensables para la mejor realización del proyecto para conocerlos y
darles solución.
a) Estudios de la localidad
b) Levantamiento topográfico
c) Estudio geológico
d) Vías de comunicación
e) Estudio económico
f) Operación
g) Economía de la obra
h) Inversiones
2.1. ANTECEDENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO
Los orígenes del sistema de bombeo se dio durante el año de 1980, fecha
en que se dio por primera vez el servicio de agua potable. Los pioneros de esta
fructífera obra fueron los fundadores de este pueblo que con la gran insistencia
de este servicio, el gobierno proporciono todo lo necesario para construirla y los
habitantes de pueblo apoyaron con su mano de obra para agilizar y poner en
marcha el sistema de agua potable.
La constitución del sistema de bombeo en el pueblo de San Juan
Zitlaltepec, es sencilla; es una bomba vertical tipo turbina, que descarga a una
línea de conducción hacia un depósito elevado de almacenamiento y a su vez
también de distribución por gravedad a la red de agua potable para la población.
Como en toda localidad el crecimiento de la población, afecta directamente
en los servicios, ya que este índice se ve reflejado en la demanda o consumo de
los mismos, se hace hincapié en el consumo de agua potable ya que es nuestro
tema de estudio para el proyecto, por lo cual resulta escasa la fuente de
extracción, y sobre todo el servicio de agua potable es deficiente actualmente a la
población. En la figura 4 se muestra como esta actualmente el arreglo del sistema
de bombeo del pueblo.
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Con anterioridad este problema ya venia reflejando la carencia, por lo que
se pensó en construir un deposito de almacenamiento mas grande y a mayor
altura, por lo que en el año de 1995, el delegado del pueblo pidió apoyo al
municipio para la construcción de dicho deposito de 1000 m³ de capacidad y un
año después fue terminado. Pero la bomba que se tiene en el sistema de bombeo
no cumplió las condiciones de bombeo para ese nuevo arreglo y fue ineficiente la
obra de construcción, y se sigue con depósito anterior trabajando.
FIG.4
Un sistema de bombeo consiste en el conjunto de elementos que permiten
el transporte a través de tuberías y almacenamiento temporal de un líquido, de
tal forma que se cumplan las especificaciones de caudal y presión necesarios. Los
elementos que constituyen las unidades de bombeo son: bomba, motor, tuberías
de succión y descarga.
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2.2 FICHA TÉCNICA DE L SISTEMA DE BOMBEO
FICHA TECNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
SISTEMA DE BOMBEO TABLERO DE BAJA TENSION
MARCA: GM REGISTRDA CONTACTORES
TIPO: TURBINA MARCA: SIEMENS
MODELO: 121170 PIEZAS: 3
SERIE: RON -240-1980 MODELO: LC1F165
No. PASOS: 3 TAMAÑO NEMA: 4
RELEVADORES DE SOBRE CARGA
CABEZAL DE DESCARGA MARCA: SIEMENS
MARCA: GOULDS RANGO: 40 - 70 A
DIMENSIONES: 24X10 PULG BIBINA DE CONTROL
MARCA: SIEMENS
MOTOR PIEZAS: 1
MARCA: U.S. VOLTAJE: 440 V
MODELO: NB-1324 TRANSFORMADOR DE CONTROL
CORRIENTE: 58 A MARCA: EE1
POTENCIA: 50 HP CAPCIDAD: 50KVA
TENSION: 440 V TENSIÓN: 110/480 V
INTERRUPTOR PRINCIPAL
TRANSFORMADOR DE POTENCIA MARCA: SIEMENS
MARCA: ESA MODELO: JFA-100
CAPACIDAD: 75 KVA
VOLTAJE (PRIM/SEC.) 23000/440 V FONTANERIA
CAPACIDAD DE ACEITE: 405 LTS VALVULA EXPULSORA DE AIRE
MARCA: VAMEX
SUBESTACION ELECTRICA DIAMETRO: 3 PULG
MARCA: ICESA TIPO: ESFERA
TIPO: COMPACTA VALVUA DE COMPERTA
CAPACIDAD: 200 KVA MARCA: BRIGMAN
MODELO: 1980-EME-6 DIAMETRO: 10 PULG
VALVULA DE RETENCIÓN
CABLE ALIMENTADOR DE MOTOR MARCA: BRIGMAN
CALIBRE: 3X1/0 DIAMETRO: 10 PULG
TIPO: USO RUDO MANOMETRO:
LONGITUD: 78 m MARCA: DALTON
LINEA: 1x3 MODELO: EGT-150
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2.3 POZO PROFUNDO
El proyecto consiste en la selección de un equipo de bombeo y el rediseño
de una red de distribución de agua potable, utilizando el agua de un pozo
profundo ya existente perforado en 1980 por los fundadores de esta comunidad.
La fuente de abastecimiento es un pozo tiene una profundidad de 98
metros esta perforado en materiales tipo basáltico en conglomerados, arenas
finas y gruesas, así como arenas compactadas en arcilla. La perforación se realizo
(508 mm) 20" de diámetro y se ademo con tubería de (457 mm) 18” de diámetro,
con tubería comercial de acero.
2.3.1 DIÁMETRO DE ADEME
Es importante conocer el diámetro del ademe (457 mm) 18” en donde se va
a instalar el equipo de bombeo ya que este diámetro limita el tamaño del diámetro
de la bomba que se puede introducir en el.
También es importante que entre el diámetro exterior del cuerpo de
tazones y el diámetro interior del tubo del ademe debe de haber por lo menos 2”
de separación para que se facilite la instalación de la bomba. En la figura 5 se
muestra las dimensiones e ilustración del pozo y ademe del mismo.
FIG. 5
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2.3.2 PROFUNDIDAD DEL POZO
La profundidad del pozo es de 98 metros se considera dependiendo las
capas y niveles de los acuíferos.
La calidad del agua y gasto-explotación deseado, este conocimiento aunado
a la sumergencia que el equipo debe tener, así como las dimensiones del tubo de
succión y el colador permite también establecer la profundidad del pozo.
2.4 NIVELES DE BOMBEO
2.4.1 NIVEL ESTÁTICO (NE)
Es la distancia vertical que existe entre la línea central de la bomba o línea de
centros de la bomba de eje horizontal, hasta el nivel libre del agua, cuando esta
no esta siendo bombeada; es decir, es el nivel en el cual se estabiliza el agua del
pozo. El nivel estático del pozo es de 33 metros.
2.4.2 NIVEL DINÁMICO (ND)
Es la distancia vertical desde la descarga de la bomba o línea de centros de la
bomba de eje horizontal, hasta el nivel al cual se mantiene cuando es bombeada
el agua, a cualquier velocidad. El nivel dinámico del pozo es de 42 metros.
2.4.3 ABATIMIENTO:
Es la reducción del nivel de agua en un pozo debido al bombeo continuo, es
decir es la diferencia entre el nivel dinámico y el nivel estático. Tenemos una
distancia de abatimiento en el pozo de 9 metros.
2.4.4 AFORO
El aforo de un pozo consiste en determinar la máxima cantidad de agua
que puede explotarse del, manteniendo constante el nivel dinámico de agua en el
pozo. El caudal aforado del pozo es de 65 l/s.
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2.5 FUENTE DE ABASTECIMIENTO
La fuente de abastecimiento es el pozo profundo (sin nombre) con
coordenadas 19° 63’ 47” de latitud Norte y 98° 05’ 76” de longitud Occidental. El
manantial se localiza a una distancia de 1200 metros del tanque de
almacenamiento.
El agua del pozo es potable mas sin embargo se aplica cloro. La captación
es mediante una bomba vertical que bombea directamente del pozo al tanque de
almacenamiento, pero es ineficiente el caudal bombeado con respecto al consumo
de la población y también el tanque solo se llena una cuarta parte de su
capacidad, lo esta razón se tiene la necesidad de desarrollar este proyecto. En la
figura 6 se muestra las características del pozo y niveles agua que son datos
necesarios para desarrollar el proyecto.
FIG. 6
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2.6 CONDUCCIÓN
La línea de conducción tiene origen en el pozo de bombeo hacia el tanque
de almacenamiento y ahí se distribuye por gravedad. La línea de conducción tiene
una caja rompedora de presión a 40 m de desnivel del pozo hacia el tanque. En
la figura 7 se muestra de forma clara el croquis del pueblo y se visualiza la
ubicación del pozo, del tanque de almacenamiento y la línea de conducción de la
tubería.
FIG. 7
2.7 ALMACENAMIENTO
En 1980 se perforo el pozo y se construyo un tanque de almacenamiento
de 500 m3, el cual esta construido de mampostería, piso y losa de concreto
reforzado, pero a través del tiempo no era suficiente el agua que almacenaba y
había cada vez mas consumo como actualmente se lleva presente, por el
incremento de población.
Entonces se creyó que para abatir la demanda deseada por la población,
se construyera un deposito de almacenamiento mayor y a mayor altura, por lo
que se pidió apoyo al gobierno del estado de México y construyo en 1995 un
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tanque nuevo de 1000 m3 aun costado y a una altura mayor del primer tanque a
una elevación de 50 metros a nivel, construido de acero y concreto
autocompactable de alta resistencia.
Cuando la obra fue terminada se cambio la instalación de descarga de
agua al nuevo tanque, la bomba no dio el caudal necesario para llenarlo y así
abastecer las necesidades de la población por lo que se continuo operando el
sistema de la misma forma que se había trabajado con anterioridad y ya no se
utilizo el nuevo tanque y el comité de agua potable, continuo tandeando cada
tercer o cuarto día, el suministro de agua potable en zonas divididas del pueblo,
por lo que se a agravando esta problemática. En la figura 8 se muestra el tanque
de abastecimiento actual.
FIG. 8
En el tanque se aplica un compuesto de cloro (hipoclorito), a través de un
dosificador tipo tinaco con descarga directa al tanque, siendo la dosificación de
0.95 Kg/día.
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CAPITULO III
INGENIERÍA BÁSICA Y CONCEPTOS GENERALES DE HIDRÁULICA
3.1 FLUIDO
Se entiende como fluido a la modalidad de materia que debido a su poca
cohesión intermolecular carece de forma propia y adopta la forma del recipiente
que lo contiene. También podemos definirlo como aquella sustancia capaz de fluir
y experimentar propiedades en presión, temperatura y peso.
3.1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS
En cuanto a su variación con respecto a la tensión cortante o viscosa, se
clasifican en:
a) Fluidos Ideales
b) Fluidos Reales o Newtonianos
c) Fluidos No Newtonianos
Fluidos Ideales.- Aquí el fluido no se considera viscoso y por lo tanto la
resistencia a la deformación cortante tensión es nula, cualquiera que sea el
movimiento del fluido.
Fluidos Reales o Newtonianos.- Son aquellos fluidos cuya viscosidad depende de
la presión y temperatura pero no de la velocidad tangencial. Siendo proporcional
a la velocidad de deformación. Como lo son, el aire, el agua, etc.
Fluidos No Newtonianos.- Estos fluidos se deforman de manera que la tensión
cortante no es proporcional a la velocidad de deformación, excepto que sean
tensiones cortantes pequeñas, llamadas deformaciones plásticas. Como lo son los
aceites pesados.
También los fluidos se dividen en líquidos y gases. Los líquidos son
incompresibles mientras que los gases si son compresibles. En el caso de los
líquidos, estos ocupan un volumen definido y tienen superficies libres, en cambio
una masa dada de gas, este puede expandirse hasta ocupar todas las partes del
recipiente que lo contiene.
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3.2 CAUDAL (Q)
El caudal es la cantidad de fluido que pasa por unidad de tiempo, el gasto de
una bomba es la rapidez de flujo, líquido o suspensión que circula a través de la
bomba.
En donde:
3.3 PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA ECUACIÓN DE BERNULLI
Bernoulli nos dice que la energía se manifiesta de tres maneras, en un fluido.
a) Energía de presión
b) Energía potencial
c) Energía cinética
3.3.1 Para un fluido ideal
3.3.2 Para un fluido real entre dos puntos, la ecuación de Bernoulli establece:
La energía del fluido en el punto 1 (-) y la energía perdida entre el punto 1 y en el
punto 2 (+), la energía suministrada al fluido por las bombas que haya entre el
punto 1 y el punto 2(-) la energía cedida por el fluido a las turbinas que haya
entre el punto 1 y 2, ha de ser igual a la energía en el punto 2
𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚3
𝑡 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑠
𝑣𝑥 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑚/𝑠
𝐴 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑢𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑚
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En donde:
3.3.3 Si no existe cesión de energía a las turbinas
En donde:
𝑃 𝛾
𝑌 𝑃
𝛾 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛
𝑣
𝑔 𝑦
𝑣
𝑔 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝑧 𝑦 𝑧 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑔𝑒𝑜𝑑é𝑠𝑖𝑐𝑎
𝑓 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑖𝑑𝑟𝑎𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 1 𝑦
𝑡 𝐼𝑛𝑐𝑟𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑠 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 1 𝑦
𝑃 𝑦 𝑃 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑗𝑒𝑟𝑐𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 1 𝑦 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝛾 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑣 𝑦 𝑣
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1 𝑦 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑔 𝐴𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑
𝑍 𝑦 𝑍 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑔𝑒𝑜𝑑é𝑠𝑖𝑐𝑎𝑠
𝑓 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑜𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 1 𝑦
𝐶𝐷𝑇 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖𝑛á𝑚𝑖𝑐𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑃 𝛾
𝑍 𝐻 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑜𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1
𝑃 𝛾
𝑍 𝑣
𝑔 𝐻 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 1
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3.4 PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA, ECUACIÓN DE
CONTINUIDAD.
Esta ecuación nos dice que el caudal a través de diferentes secciones es
constante como se muestra en la figura 9.
Q Q
1 2 3 4 5
FIG. 9
3 3
En donde:
En donde:
3.5 RÉGÍMENES DE CORRIENTE
3.5.1 FLUJO LAMINAR
Es un flujo perfectamente bien ordenado de manera que el fluido se mueva en
láminas paralelas (si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos) o en
capas cilíndricas coaxiales.
Este se presenta generalmente con velocidades bajas en donde la acción de la
viscosidad amortigua la tendencia a la turbulencia.
𝐴 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑚
𝑣 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑚/𝑠
𝑄 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑚3/𝑠
𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚3
𝑡 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑠
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3.5.2 FLUJO TURBULENTO
Este tipo de flujo, las partículas se mueven en forma desordenada en todas
direcciones, además de existir variaciones continuas de sus características por lo
que es difícil hacer un análisis detallado del flujo turbulento, de ahí que para su
estudio se recurre a la obtención de valores experimentales así por tener en
cuenta algunas consideraciones: como tomar los valores promedios de velocidad y
presión si se conservan constantes a través de un intervalo de tiempo razonables
(flujo permanente) lo que facilita su estudio. En la figura 10 se pueden observar
los diferentes flujos de corriente.
FIG.10
3.6 NÚMERO DE REYNOLDS (Re)
Debido a que los fluidos laminar y turbulento son diferentes entre si, tanto en
naturaleza como en su efecto, es importante conocer las condiciones bajo las
cuales se pueden expresar cada uno de ellos, el numero de Reynolds (Re) es en
esencia el medio para determinar si el fluido es de una u otra clase.
Es una forma de ordenar el grado de turbulencia (desordenamiento de las
partículas) en un flujo, es la siguiente ecuación:
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Donde:
Este valor adimensional se denomina Numero de Reynolds y nos ayuda a
definir si es un flujo laminar o turbulento.
Si el valor de Reynolds Re ≤ 2000, se dice que el flujo es laminar; este valor es
de interés práctico, ya que por debajo de este límite toda turbulencia es
amortiguada por la acción de la viscosidad del fluido.
La experiencia demuestra que si en una tubería el valor de Reynolds es Re >
2000, se tendrá flujo turbulento.
Si Re ≤ 2000 el flujo es laminar
Si Re > 2000 el flujo es turbulento
Se supone que la velocidad media promedio la podemos determinar a partir de
la ecuación de continuidad Q=AV. Sin embargo, en algunos casos debemos de
determinar la velocidad del fluido en un punto dentro de la corriente.
La magnitud de la velocidad no es uniforme a través de una sección
particular del conducto, la forma en la que varían con respecto a la posición
dependiendo del tipo de fluido que exista. La velocidad máxima para cualquier
flujo se presenta en el centro del conducto.
3.7 RUGOSIDAD
3.7.1 RUGOSIDAD ABSOLUTA (ε)
Son aquellas imperfecciones en el interior de la tubería dependen del diámetro
interior y tipo de tubería expresada en centímetros.
3.7.2 RUGOSIDAD RELATIVA (
)
Es la relación de la rugosidad absoluta entre el diámetro de tubería es
adimensional. En la figura 11 se visualiza la rugosidad en un tubo.
𝑅𝑒 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑦𝑛𝑜𝑙𝑑𝑠 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
𝑣 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑚/𝑠
𝐷 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑚
𝜗 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑖𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 𝐾𝑔/𝑚 𝑠
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FIG.11
3.8 DIAGRÁMA DE MOODY
- Es aplicable a todos los problemas de perdidas de cargas primarias en tuberías
con cualquier diámetro, cualquier material de tubería y cualquier caudal.
- Puede aplicarse con tuberías de succión no circular sustituyendo el diámetro
(D) por el radio hidráulico Rh.
- Se usa para determinar el coeficiente λ, el cual lleva a la ecuación de Darcy
Weisbach.
Por el contrario, en las tablas, curvas, etc., de que están llenos los formularios de
hidráulica.
- No suele ser de uso universal
- Sirven también para determinar el coeficiente λ, de la ecuación de Darcy
Weisbach.
- Con frecuencia no tienen en cuenta todas las variables de que en general
depende el coeficiente λ.
- Sin embargo, pueden ser de uso más cómodo que el diagrama de Moody en
casos particulares.
El diagrama de Moody se muestra en compartimento de los anexos.
3.8.1 EL FACTOR (λ)
El factor λ, es el coeficiente adimensional de pérdidas de carga en función
de dos variables adimensionales: el número de Reynolds y la rugosidad relativa.
EL factor λ en la ecuación de Darcy Weisbach es obviamente adimensional
{L/D ES adimensional y v²/2g tiene la misma dimensión que Hrp, es decir (l)}. El
factor λ depende de la velocidad v, del diámetro de la tubería D, de la densidad ρ,
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de la viscosidad η y de la rugosidad k, la cual, puede expresarse en unidades de
longitud, m, SI.
3.9 PÉRDIDAS DE CARGA DE UN SISTEMA DE BOMBEO
Para considerar el flujo real, deben tomarse en cuenta las perdidas de carga o
de energía que suceden debido a la resistencia al movimiento del mismo, ya sea
en el contacto del fluido con el conducto o cauce, en el rozamiento interno entre
las capas de fluido, o el rozamiento debido al intercambio de movimiento
molecular de las partículas del fluido. El cálculo de cargas se divide en perdidas
de cargas primarias y perdidas de carga secundarias.
3.9.1 PÉRDIDAS PRIMARIAS
Las perdidas primarias son las perdidas de superficie en el conducto del fluido
con la tubería (capa limite) rozamiento de unas capas de fluido con otras (flujo
laminar), o de las partículas de fluido entre si (flujo turbulento). Tiene lugar
uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección
constante.
3.9.1.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS PRIMARIAS
Las perdidas primarias se calculan mediante la expresión, conocida también
como la ecuación de Darcy Weisbach
En donde:
Hrp= Perdidas de carga primarias (m)
λ= Coeficiente de rozamiento (adimensional)
L= Longitud de la tubería (m)
D= Diámetro de la tubería (m)
V= velocidad media del liquido en la tubería (m/s)
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3.9.2 PÉRDIDAS SECUNDARIAS
Las pérdidas secundarias (llamadas menores) son las pérdidas de forma, que
tienen lugar en las transiciones, expresiones o estrechamientos de la corriente,
codos, tees, válvulas, medidores y en toda clase de accesorios de las tuberías.
Si la conducción del fluido es larga como los gasoductos y oleoductos, las
perdidas secundarias tienen poca importancia relativa respecto a las pérdidas de
carga primarias, pudiendo en ocasiones despreciarse las secundarias o
considerarse como un porcentaje pequeño de la pérdidas de carga primarias
cuantificadas.
Si la cuantificación es corta y bifurcada (subdividida) como flujo de la mezcla
aire-gasolina en un carburador, donde las perdidas de carga primarias son
despreciables en comparación con las perdidas de carga secundarias obtenidas.
3.9.2.1 CÁLCULO DE PÉRDIDAS SECUNDARIAS
Las pérdidas secundarias se pueden calcular por dos métodos:
Primer Método.- Por la formula especial y un coeficiente de perdidas adimensional
de pérdidas secundarias, Su ecuación matemática es:
Donde:
Hrs Pérdidas de carga secundarias
ζ Coeficiente adimensional de la perdida de carga secundaria
v Velocidad media en la tubería
Segundo Método.- Es por la misma formula de la perdidas primarias,
sustituyendo en dicha formula la longitud de la tubería, L por la longitud
equivalente Le.
Este segundo método consiste en considerar las pérdidas secundarias como
longitudes equivalentes, es decir longitudes en metros de un trozo de tubería del
mismo diámetro que producirá las mismas perdidas de carga que los accesorios
en cuestión. Se emplea la longitud equivalente (Le) implica homologar las
perdidas secundarias con las primarias, es decir que se iguala la pérdida de carga
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secundaria que produce el accesorio, con la que ocasionaría una longitud
equivalente de la tubería del mismo diámetro que el accesorio.
Aplicaremos la ecuación fundamental de las pérdidas primarias en la siguiente
forma: como la ecuación de Darcy Weisbach
En donde:
Hr = Suma total de perdidas primarias y secundarias
λ= Coeficiente de rozamiento (adimensional)
L= Longitud de la tubería (m)
ΣLe = Suma de todas las longitudes equivalentes a los accesorios diversos
D= Diámetro de la tubería (m)
V= velocidad media del liquido en la tubería (m/s)
3.9.3 Métodos de cálculo de pérdidas de carga
TUBERÍAS
RÉGIMEN
FÓRMULA
AUTOR
Lisas y Rugosas
Laminar
Poíseulle
Lisas
Turbulento Re˂100.000
1
/
Blasíus
Lisas
Turbulento Re˂100.000
1
√ ( √ )
Kármán –Prandtl (Primera ecuación)
Rugosas
Turbulento
(Zona de transición)
1
√ (
/
1
√ )
Colebrook
Rugosas
Turbulento (Zona final)
1
√
1
Kármán –Prandtl
(Segunda ecuación)
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3.9.3.1 ECUACIÓN DE DARCY – WEISBACH (PÉRDIDAS PRIMARIAS)
Esta ecuación establece que: En tuberías de agua de diámetro constante la
pérdida de carga es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad media
en la tubería y a la longitud de la tubería e inversamente proporcional al diámetro
de la misma.
En donde:
= Perdida de carga (m)
λ = Coeficiente de perdida de carga primaria
L = longitud de la tubería (m)
D = Diámetro de la tubería (m)
v = Velocidad media del fluido (m/s)
Esta formula es de uso universal en el mundo entero en los libros y
formularios de la hidráulica.
3.10 DETERMINACIÓN DE CARGAS EN UN SISTEMA DE BOMBEO
3.10.1 CARGA ESTATICA DE DESCARGA (hd)
Es la distancia vertical en metros, entre el eje central de la bomba y el punto
de entrega libre del líquido. Debe tenerse cuidado que el punto de entrega libre
del líquido se use cuando se calcule la columna de descarga.
3.10.2 CARGA ESTÁTICA DE SUCCIÓN NEGATIVA (hs)
Se tiene cuando la fuente de abastecimiento o suministro esta por debajo de
la línea central de la bomba. E s decir, es la distancia vertical en metros del nivel
del suministro de liquido al eje central de la bomba, encontrándose la bomba
arriba del nivel del suministro.
Así la altura estatice de succión, es la distancia vertical que existe entre la
línea central de la bomba al nivel del liquido que va a ser bombeado.
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Las distancias horizontales no se consideran como parte de la elevación de
succión estática. No se consideran las perdidas por fricción en la tubería y sus
accesorios. En la figura 12 y 13 se muestra los diferentes arreglos para la carga
negativa.
3.10.3 CARGA ESTÁTICA DE SUCCIÓN POSITIVA (hs)
Se tiene cuando la fuente de suministro esta por arriba de la línea central de
la bomba. Es decir, es la distancia vertical que existe entre la línea central de la
bomba al nivel del liquido que va a ser bombeado. En la figura 14 se muestra el
arreglo del sistema de bombeo con carga estática de succión positiva y además
también se la carga estática total.
3.10.4 CARGA ESTÁTICA TOTAL (He)
Es la distancia vertical en metros, entre el nivele libre de succión y descarga
libre del liquido que se maneja.
He = hd ± hs
Sistema con carga estática de succión negativa
FIG.12
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Sistema con carga estática de succión negativa
FIG.13
Sistema con carga estática de succión positiva
FIG.14
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3.10.5 CARGA DE ROZAMIENTO (hƒ )
Es la columna en metros de líquido que se maneja, equivalente y necesaria
para vencer la resistencia de las tuberías de succión descarga y de sus
accesorios. La columna de rozamiento existe, tanto en el extremo de succión
como en el de descarga de una bomba y varía con la velocidad del líquido, tamaño
del tubo, condición interior del tubo y naturaleza del líquido que se maneje.
La resistencia de los aditamentos de los tubos generalmente se expresan en
función de la longitud equivalente de tubo recto de la misma dimensión de
accesorio.
La carga se determina por la adición de pérdidas primarias y secundarias.
= hp +hsec
3.10.6 CARGA DE VELOCIDAD
Es la carga de un líquido que se mueve a cualquier velocidad dentro de un
tubo, tiene energía cinética debido a su movimiento.
La carga de velocidad es la distancia de caída necesaria para que un liquido
adquiera una velocidad dad. Dependiendo su naturaleza de la instalación de
bombeo, la columna de velocidad puede no ser un factor importante en la
columna de la bomba.
La carga se determina por la siguiente ecuación.
3.10.7 CARGA DE PRESIÓN
Esta es la carga esta referida cuando se tiene un sistema de bombeo que
empieza o termina en un tanque presurizado, misma que debe convertirse a
columna de liquido.
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3.11 CARGA DINÁMICA TOTAL (CDT)
La carga dinámica total de bombeo es la altura útil H que da a bomba, se define
como la suma total de resistencias del sistema, correspondientes a la carga estática total, a la
pérdida de carga por fricción en la tubería de succión y descarga y a la carga dinámica de
velocidad.
CDT = Hd + Hs (con carga de succión)
CDT = Hd - Hs (con elevación de succión)
Para determinar la carga dinámica total del sistema, se hace uso de la
ecuación de Bernoulli, y que aplicada a un sistema de bombeo como el mostrado
en la figura 15.
FIG.15
- (1) Nivel superior del agua en el pozo de aspiración
- (2) Nivel superior del agua en el deposito de impulsión
- (s) Entrada de la bomba
- (d) Salida de la bomba
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Se tiene que:
Despejando:
3.12 CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN (NPSH)
La carga neta positiva de succión o NPSH (Net Positive Suction Head), es la
carga que hace que el líquido circule por la tubería de succión hasta el ojo del
impulsor.
Esta carga que hace que el liquido circule es producida ya sea por la presión
atmosférica o por una carga estática mas la presión atmosférica. Este análisis de
energía en la tubería de succión de una bomba es para determinar si un líquido
puede o no vaporizar en puntos de baja presión, debido a que esta cantidad de
energía es limitada, es necesario extremar las precauciones para evitar un
funcionamiento anormal por insuficiencia de NPSH.
El NPSH es una medida de la cantidad de carga existente en la succión para
prevenir la vaporización del líquido en el punto de menor presión de la bomba.
Hay dos valores de NPSH, que deben considerarse:
- La carga neta positiva de succión requerida ( )
- La carga neta positiva de succión disponible ( ).
El es la carga positiva en la succión de la bomba necesaria para vencer
las pérdidas de presión y mantener al liquido arriba de su presión de vapor, es
determinado por el fabricante, este depende solo del diseño de la bomba y se
obtiene del fabricante, para cada bomba en particular, según su tipo, modelo,
capacidad y velocidad.
El es característico de la instalación, especialmente depende de la
succión o elevación, la carga de fricción y la presión de vapor del liquido
manejado a la temperatura de bombeo. Si varia cualquiera de estos puntos, la
NPSH puede alterarse. Debe cumplirse la siguiente desigualdad.
>
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El NPSH, siempre debe tener un valor positivo, y puede determinarse con las
siguientes ecuaciones.
= Pabs + hs – hrs – Pv (con succión positiva)
= Pabs – hs – hrs – Pv (con succión negativa)
En donde:
Pabs: Presión absoluta en (m), en la superficie libre del liquido, esta presión no
corresponde a la atmosférica cuando el suministro se hace de un tanque abierto o
cárcamo. Corresponde a la presión absoluta cuando el tanque de succión esta
cerrado.
hs= altura estática en (m),
hrs = todas las perdidas en la línea de succión en (m), incluyendo las perdidas de
entrada y de rozamiento a través de la tubería, válvulas y accesorios.
Pv = carga en (m), correspondiente a la presión de vapor del liquido a la
temperatura de bombeo.
Otra forma particular de calcular el es la siguiente.
= Pabs ± Pgs – Pv – hv
En donde:
Pgs = lectura del manómetro de la brida de succión de la bomba.
hv = carga de la velocidad en el punto de conexión del manómetro.
Se muestran en las figuras 16,17 Y 18 los diferentes tipos de instalacion para
calcular el NPHS.
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Caso I:
FIG. 16
Caso II:
FIG. 17
Caso III:
FIG.18
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3.13 FACTORES INDESEABLES EN UN SISTEMA DE BOMBEO
3.13.1 GOLPE DE ARIETE
El golpe de ariete se define como el cambio de presión arriba o debajo de la
normal y causado por los cambios súbitos en la razón del flujo de agua. E n el
caso de estaciones de bombeo, el cambio súbito en la razón del flujo de agua,
ocurre durante el paro y arranque de la bomba debido al cierre brusco o apertura
de la válvula de no retorno con que están equipadas todas las instalaciones de
bombas.
Conforme la compuerta de la válvula empieza a cerrar una onda positiva de
presión empieza a viajar desde ese punto, por la tubería de descarga y la tubería
de presión o el emisor hasta la descarga, como se muestra en la figura 19.
De la descarga, la onda es reflejada como una onda negativa que regresa por
la tubería y que la misma magnitud que la onda positiva.
FIG.19
La siguiente figura representa una tubería de longitud (L), espesor (E), y
diámetro interior (D), por la que circula agua proveniente de un embalse y que
termina en su extremo derecho en una válvula.
Si se cierra esta rápidamente en virtud del principio de la conservación de la
energía, al disminuir la energía cinética, esta se va transformando en un trabajo
necesario para dilatar esta ultima; se ha producido una sobrepresión o un golpe
de ariete positivo. Por lo contrario, al abrir rápidamente una válvula, se puede
producir una depresión o golpe de ariete negativo como se muestra en la figura
20.
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FIG. 20
3.13.8 CAVITACIÓN
Es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto, la
zona de corriente de un líquido desciende por debajo de cierto valor mínimo
admisible.
Por lo tanto, cuando la corriente en un punto de una estructura o de una
maquina alcanza una presión inferior a la presión de saturación de vapor, el
líquido se evapora y se originan en el interior del líquido “cavidades” de vapor, de
ahí el nombre de cavitación. En la figura 21 se muestra el colapso de una
burbuja resultado de la cavitación.
FIG. 21
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La cavitación en las bombas produce dos efectos perjudiciales:
a) Disminución del rendimiento
b) Erosión
El lugar donde puede presentarse este fenómeno con mayor frecuencia y por
lo tanto debe dársele primordial importancia, es en la succión de una bomba.
Suponiendo que en un momento el nivel del agua en el pozo llegase a quedar
debajo del primer impulsor del cuerpo de bombeo.
En el momento que la bomba empieza a funcionar se crea un vacío que junto
con una carga neta de succión positiva disponible adecuada hace posible el flujo
de agua a través de la tubería de succión al ojo del impulsor. Si esta carga neta
positiva es insuficiente, es decir, la energía disponible es igual o menor que la
presión de vapor, el liquido entrara en fase de vapor con la consiguiente
formación de un gradiente de presiones que aceleran las partículas,
produciéndose impactos sobre el impulsor que originan desprendimiento de
material como se muestra en la figura 22.
FIG.22
Este fenómeno puede percibirse desde el exterior de la bomba por la vibración
y ruido excesivo presentes durante su funcionamiento y se presenta la cavitación
cuando el:
3.14 POTENCIA
En un sistema de bombeo en donde se involucran bomba y motor, el trabajo
desarrollado, para mover un líquido, depende del peso bombeado por unidad de
tiempo contra la carga total.
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3.14.1 POTENCIA HIDRÁULICA (Ph )
Se conoce también como potencia de líquido o potencia útil y se define como el
trabajo cedido del líquido por la bomba.
1
3.14.2 POTENCIA AL FRENO ( )
Se conoce también como potencia de accionamiento, absorbida, de entrada o
en el eje, es la potencia requerida en la flecha de la bomba.
1
3.14.3 POTENCIA ELÉCTRICA ( )
Es la potencia suministrada en la flecha de la bomba, mediante el
acoplamiento del par y un motor trifásico de características conocidas.
3.15 BOMBAS HIDRÁULICAS
3.15.1 BOMBA
Una bomba es una maquina diseñada para incrementar la energía a un
liquido. Su función es convertir la energía mecánica en energía hidráulica al
empujar el líquido dentro del sistema.
3.15.2 CLASIFICACIÓN DE BOMBAS
Las bombas pueden clasificarse en base a su aplicación, a los materiales
de construcción, a los líquidos que manejen. Sin embargo estas clasificaciones
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causan confusiones entre si, por lo que se a determinado un método de
clasificación mas real que las identifique.
Este método esta basado en el principio por el cual se agrega la energía al
líquido, divide a las bombas en dos grandes grupos: Dinámicas y de
Desplazamiento Positivo.
3.15.2.1 BOMBAS DINÁMICAS
En estas bombas la energía es comunicada al liquido en forma continua,
produciendo un aumento de velocidad en el fluido de tal forma que
posteriormente dentro o mas allá de la bomba se provoca una disminución
gradual de esta velocidad convirtiendo la en gran parte en presión estática.
Estas bombas a su vez se dividen en otras variedades como se indicara
posteriormente.
Las características generales de las bombas dinámicas pueden resumirse
como sigue:
a) Caudales grandes
b) Presiones reducidas o medias
c) No son reversibles (si trabaja como turbina reduce su eficiencia y en
algunos casos no produce ninguna potencia.)
d) Trabajan con velocidades angulares altas
e) El cambio de energía es por variación de energía cinética
3.15.2.2 BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
En estas bombas se agrega energía al fluido en forma periódica
aumentando la presión hasta un valor requerido para desplazar el líquido. Se
dividen a su vez en reciprocantes y rotatorias dependiendo de la naturaleza de los
miembros que producen la presión.
a) Caudales pequeños y medianos
b) Pueden trabajar a altas presiones
c) Son reversibles
d) Mayor eficiencia
e) Se basan en el principio de desplazamiento
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3.15.3 CUADRO DE CLASIFICACIÓN
Siendo tan variados los tipos de bombas existentes es conveniente recurrir
a cuadros para su correcta clasificación, para saber que tipo de bomba nos es
más conveniente utilizar en un problema determinado.
Hay varias formas de clasificar a las bombas en las figura 23 se muestran
cuadros de clasificación de manera general de las bombas.
FIG. 23
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3.15.4 CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS VERTICÁLES
El bombeo puede definirse como la adición de energía de un fluido, para
moverse de un punto a otro; energía que es proporcionada por una maquina
llamada comunicante bomba centrifuga, la cual esta constituida de un elemento
dinámico (impulsor) y un elemento estático (carcaza o tazón).
De manera general se puede decir que existen dos tipos de bombas
centrifugas: horizontales y verticales, dependiendo de la posición de la flecha. Las
bombas centrifugas verticales, generalmente se instalan en cárcamos húmedos o
pozos profundos, de acuerdo al servicio ya sea de abastecimiento municipal,
industrial o irrigación.
MULTI PASO.- El número de pasos esta en función de la cantidad de impulsores
necesarios para proporcionar la carga total de trabajo requerida por el sistema.
FLUJO MIXTO.- Se les llama así ya que este tipo de bombas, se combinan los
principios de flujo radial y axial, tomando como base la dirección principal del
flujo con relación al eje de rotación.
SIMPLE SUCCIÓN.- El líquido entra al ojo de succión por un lado del impulsor.
3.16 DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO DE BOMBEO
El sistema de bombeo es un conjunto de maquinas que nos sirve para
transformar un liquido de un punto a otro. Lo constituyen todas las unidades de
bombeo (bomba, motor, tuberías de succión y de descarga) instaladas para
proporcionar el gasto requerido así como los accesorios de control y protección.
3.16.1 COLADOR
El objetivo de este elemento en la bomba es evitar la entrada de solidos al
interior de la misma. Existen dos tipos de coladores: cónico y de canasta.
Los coladores cónicos se utilizan en norias o pozos profundos en donde no
hay limitación de espacio prácticamente por cuanto a profundidad se refiere. El
colador de tipo canasta no es aplicable en equipos destinados a pozo profundo,
porque el diámetro del mismo excede el diámetro del cuerpo de tazones y
causaría muchos problemas.
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3.16.2 CUERPO DE TAZONES
El cuerpo de tazones es el elemento por medio del cual se añade energía al
fluido en forma de presión, y así se le conoce al conjunto formado por las
siguientes partes principales: cono de succión, tazones y cono de descarga; así
también: bujes, bujes opresores de los impulsores, anillos de desgaste,
chumacera de ultimo paso superior o cople.
3.16.3 TAZÓN
Cada tazón incluye la cámara de bombeo, que aloja al impulsor, a la
flecha del impulsor y el buje opresor que mantiene al impulsor en posición con
respecto al tazón y anillo de desgaste que va dentro del tazón. Internamente el
tazón lleva venas de guía o pasajes directrices para conducir el flujo de descarga
del primer paso al siguiente o sea entregarlo al cono de descarga.
3.16.4 COLUMNA
Es el elemento que sirve para llevar el fluido desde la salida del mismo en
el cono de descarga hasta el cabezal de descarga. Su longitud es variable,
dependiendo de los niveles estáticos y dinámicos en el pozo.
3.16.5 FLECHA DE LINEA
Se denomina así a la flecha que transmite la energía mecánica proveniente
de la flecha superior a la flecha de los impulsores, normalmente esta hecha de
acero al carbón.
3.16.6 CABEZAL DE DESCARGA
Este elemento de la bomba, construido de hierro fundido tiene tres
finalidades.
- Soportar a la bomba, es decir, columna, tazones, coladores, etc.
- Sirve de base a la maquina motriz o al dispositivo de conversión de
movimiento motriz.
- Dar salida al fluido una vez que este ya ha circulado por los demás
elementos. Se muestran todos los elementos de la bomba vertical antes
mencionada en la figura 24.
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FIG. 24
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CAPITULO IV
MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN
4.1 MANTENIMIENTO
El mantenimiento es el conjunto de actividades destinadas a conservar o
asegurar la disponibilidad de maquinas, equipos, edificios e instalaciones en un
nivel optimo de rendimiento, menor costo posible, sin que esto afecte la operación
y la producción. La función del mantenimiento debe considerarse como parte
integral e importante de la organización, que maneja una fase de operaciones.
4.1.1 PUNTOS IMPORTANTES DEL MANTENIMIENTO
- El mantenimiento debe ser considerado como un factor económico de la
maquinaria industrial.
- El mantenimiento debe ser planificado eliminando la improvisación. Debe
existir o diseñar un programa de mantenimiento.
- Debe de existir un equipo de mantenimiento, con funciones claramente
definidas dentro de las jornadas de trabajo.
- La calidad de reparación no debe ser sujetas a urgencias salvo decisión
consiente de los responsables del servicio o del equipo.
- Debe existir información técnica en relación a sus especificaciones técnicas
del equipo.
- Las actividades y costos de mantenimiento deben traducirse en índices de
referencia y comparación, pudiendo de esta forma seguir los pasos de la
gestión y resultado del servicio de mantenimiento.
4.2 TIPOS DE MANTENIMIENTO
4.2.1 MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Puede ser definido como la conservación planeada de una maquina o
equipo, producto de inspecciones periódicas que descubre condiciones
defectuosas reduciendo al mínimo los paros del equipo. Este mantenimiento es de
gran utilidad por su forma de aplicación pues por lo general es guiado por estos
puntos.
El mantenimiento preventivo es el principal requisito es Guiado mediante un
programa, que consiste en revisiones periódicas, indicando los puntos de
revisión, para reducir la frecuencia y seguridad de descomposturas de las
maquinas. Se utilizan tres amplias medidas para vigilar.
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1. Cobertura del mantenimiento preventivo en los puntos críticos a
inspeccionar o revisar.
2. Cumplimiento del mantenimiento preventivo de rutinas que han sido
encomendadas de acuerdo al programa.
3. Trabajo generado de acuerdo a las rutinas, dando seguimiento a las
acciones solicitadas u originadas de las rutinas programadas.
4.2.2 MANTENIMIENTO CORRECTIVO
Puede ser definido como el trabajo de reparación del equipo, provocada por
una situación imprevista o no programada generalmente de emergencia originada
por negligencias que afectan la conservación del equipo.
El empleo del programa de mantenimiento, controles ayudan a detectar
situaciones de fallas repetidas por parte de un elemento pieza del equipo. En
estos casos ocurre a un mantenimiento correctivo para evitar su reiteración,
posteriormente se examinan los registros del equipo (bitácora) y se le hace
conocimiento al personal encargado.
El personal encargado, previa aprobación, estudiara el problema y
determinara que es lo que se necesita para hacer solucionar el problema o
reducirlo a su mínima expresión. Esto tal vez requiera de una modificación al
diseño de la pieza, emplear un material diferente, implementar controles de
mayor eficacia o hasta determinar la situación del equipo por un mejor
funcionamiento.
Si se emplea el mantenimiento correctivo de una manera apropiada,
servirá para disminuir el costo de mantenimiento, complementado con un cambio
radical de actitud que nos permita tener un panorama mas amplio del problema
de la corrección de una forma diferente, encaminada para eliminar
paulatinamente esta problemática que suele causar estragos en cualquier tipo de
compañía, tratando de tener mas preventivos que correctivos.
4.2.3 MANTENIMIENTO PREDICTIVO
Persigue los mismos objetivos que el mantenimiento preventivo, pues se
basa en inspeccionar los equipos a intervalos regulares y tomar acción para
prevenir las fallas o evitar las consecuencias de las mismas. Incluye tanto en las
inspecciones objetivas (con instrumentos) y subjetivas (con los sentidos), como la
reparación del defecto o falla potencial.
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El mantenimiento predictivo incorpora además, ciertas variables que
aumentan la información del estado de los equipos. Los dos aspectos
fundamentales que conocemos serán el funcionamiento del equipo desde el punto
de vista de operación y el estado del equipo respecto a sus componentes.
Conocer en detalle las variables del equipo permite ante una anomalía no
solo prever la avería sino cambiar el ritmo de trabajo para optimizar la operación.
El margen de error es considerable, por lo que para poder aplicar este tipo
de mantenimiento de la manera correcta surge la necesidad de algo (maquina,
instrumento, aparato, etc.) mas sofisticado que permita calcular la vida útil de
cualquier elemento del equipo o maquinaria, conocer las causas puede provocar
paros imprevistos (lubricantes defectuosos, desbalanceos, etc.) que afecten al
funcionamiento propio del equipo.
Para la implementación de este mantenimiento es necesario fijar
magnitudes que mejor definan el proceso interno del equipo. Una vez
seleccionadas, fijar los valores normales de funcionamiento y los valores limite
que puede alcanzar cada una de estas magnitudes; por ultimo, dotar a l equipo
de aparatos de medición y centralizarlos para su seguimiento.
4.3 MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL (TPM)
El TPM es un modelo completo de dirección industrial. El TPM es
una estructura de administración industrial que involucra sistemas de
dirección, cultura de la empresa, arquitectura organizativa y dirección del
talento humano.
Mantenimiento Productivo Total es la traducción de TPM (Total
Productive Maintenance). El TPM es el sistema japonés de mantenimiento
industrial desarrollado a partir del concepto de “mantenimiento
preventivo”.
El TPM es una estrategia compuesta por una serie de actividades
ordenadas que una vez implantadas ayudan a mejorar la competitividad de
una organización industrial o de servicios. El TPM permite diferenciar en
relación a su competencia debido al impacto en la reducción de los costos,
mejora de los tiempos de respuesta, fiabilidad de suministros, el
conocimiento que poseen las personas y la calidad de los productos y
servicios finales.
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El JIM define el TPM como un sistema orientado a lograr:
- Cero accidentes
- Cero defectos
- Cero averías
Las etapas básicas del TPM se apoyan en el registro y conservación de
la experiencia adquirida por los trabajadores en el cuidado y conservación
de los equipos. Cada reparación e inspección de un equipo se constituye
en un proceso de generación de conocimiento. Si no existe información, no
existirá la posibilidad de generarse conocimiento.
El TPM requiere realizar un plan de formación y de obtención de
conocimiento. El TPM aporta metodología para aprender a partir de los
análisis de averías y fallos. Las enseñanzas de cada evento se conservan y
transfiere a los demás integrantes de la fábrica evitando su repetición en el
futuro, siendo este uno de los mecanismos de un correcto mantenimiento
planificado.
Algunas de las posibilidades de aprendizaje en un proceso de TPM
son:
- Reflexión permanente sobre el grado de avance del TPM a través de
auditorias de progreso.
- Sesiones de dialogo y encuentros para compartir experiencias
adquiridas.
- Implantación del TPM a través de líneas piloto. Cada experiencia
piloto es monitoreada en profundidad para identificar la mayor
cantidad de conocimiento en su avance.
4.3.1 PILARES FUNDAMENTALES TPM
Los pilares fundamentales del TPM, son los procesos que sirven de
apoyo para la construcción de un sistema de producción ordenado. Los
pilares considerados como necesarios para el desarrollo del TPM.
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4.3.1.1 MEJORAS ENFONCADAS O KOBETSU KAIZEN
Son las actividades que se desarrollan con la intervención de las
diferentes áreas comprometidas en el proceso productivo, con el objeto de
maximizar la Efectividad Global de los Equipos, procesos y plantas; todo
esto a través de un trabajo organizado en equipos fundamentales e inter
funcionales que emplean metodología especifica y centra su atención en la
eliminación de cualquiera de las perdidas existentes en las plantas
industriales.
Las mejoras enfocadas son las actividades que se desarrollan con la
intervención de las diferentes áreas comprometidas en el proceso
productivo, con el objeto de maximizar la efectividad global de los equipos,
procesos y plantas; todo esto a través de un trabajo organizado en equipos
inter funcionales, empleando metodología especifica y concentrando su
atención en la eliminación de los despilfarros que se presentan en las
plantas industriales.
Se trata de desarrollar el proceso de mejora continua similar al
existente en los procesos de control total de calidad aplicando
procedimientos y técnicas de mantenimiento.
Si una organización cuenta con actividades de mejora similares
simplemente podrá incorporar dentro de su proceso Kaizen o de mejora,
nuevas herramientas desarrolladas en el entorno TPM. No deberá
modificar su actual proceso de mejora que aplica actualmente.
Las técnicas TPM ayudan a eliminar dramáticamente las averías de
los equipos. El procedimiento seguido para realizar acciones de mejoras
enfocadas sigue los siguientes pasos del conocido Ciclo Deming o PHVA
(Planificar-Hacer-Verificar-Actuar).
El desarrollo de las actividades Kobetsu Kaizen se realizan a través
de los pasos mostrados en la siguiente figura 25.
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Fig. 25 Mejora Enfocada
4.3.1.2 MANTENIMIENTO AUTÓNOMO O JISHU HOZEN
Una de las actividades del sistema TPM es la participación del
personal de producción en las actividades de mantenimiento. Este es uno
de los procesos de mayor impacto en la mejora de la productividad. Su
propósito es involucrar al operador en el cuidado del equipamiento a
través de un alto grado de formación y preparación profesional, respeto a
las condiciones de operación, conservación de las áreas de trabajo libres
de contaminación, suciedad y desorden.
El mantenimiento autónomo se fomenta en el conocimiento que el
operador tiene para dominar las condiciones del equipamiento, estos
mecanismos, aspectos operativos, cuidados y conservación, manejo,
avería, etc. Con este conocimiento los operadores podrán comprender la
importancia de la conservación de las condiciones de trabajo, la necesidad
de realizar inspecciones preventivas, participar en el análisis de problemas
y la realización de trabajos de mantenimiento liviano en una primera
etapa, para luego asimilar acciones de mantenimiento más complejas.
PASO 1
SELECCIÓN DEL TEMA
DE ESTUDIO
PASO 2
CREAR ESTRUCTURA
DEL PROYECTO
PASO 3
IDENTIFICAR
SITUACIÓN ACTUAL Y
ESTABLECER OBJETIVO
PASO 7
EVALUACIÓN DE
RESULTADOS
PASO 6
IMPLANTAR MEJORAS
PASO 5
FORMULAR PLAN DE
ACCIÓN
PASO 4
DIAGNOSTICO DEL
PROBLEMA DE
ESTUDIO
ACTUAR PLANEAR
VERIFICAR HACER
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El mantenimiento autónomo esta compuesto por un conjunto de
actividades que se realizan diariamente por todos los trabajadores en los
equipos que operan, incluyendo inspección, lubricación, limpieza,
intervenciones menores, cambio de herramientas y piezas, estudiando
posibles mejoras, analizando y solucionando problemas del equipo y
acciones que conduzcan a mantener el equipo en la mejores condiciones
de funcionamiento. Estas actividades se deben realizar siguiendo
estándares previamente preparados con la colaboración de los propios
operarios. Los operarios deben ser entrenados y deben contar con los
conocimientos necesarios para dominar el equipo que opera.
Los objetivos fundamentales del mantenimiento autónomo son:
- Emplear el equipo como instrumento para el aprendizaje y adquisición de
conocimiento.
- Desarrollar nuevas habilidades para el análisis de problemas y creación
de un nuevo pensamiento sobre el trabajo.
- Mediante una operación correcta y verificación permanente de acuerdo a
los estándares se evite el deterioro del equipo.
- Mejorar el funcionamiento del equipo con el aporte creativo del operador.
- Construir y mantener las condiciones necesarias para que el equipo
funcione sin averías y rendimiento pleno.
- Mejorar la seguridad en el trabajo.
- Lograr un total sentido de pertenencia y responsabilidad del trabajador.
4.3.1.3 MANTENIMIENTO PLANIFICADO O PROGRESIVO
El objetivo es el de eliminar los problemas de equipamiento a través
de acciones de mejora, prevención y predicción. Para una correcta gestión
de las actividades de mantenimiento es necesario contar con bases de
información, obtención de conocimiento a partir de los datos, capacidad de
programación de recursos, gestión de tecnologías de mantenimiento y un
poder de motivación y coordinación del equipo humano encargado de estas
actividades.
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El mantenimiento progresivo es uno de los pilares más importantes
en la búsqueda de beneficios en una organización industrial. El JIPM le ha
dado a este pilar el nombre de “Mantenimiento Planificado”, que consiste
en avanzar gradualmente hacia la búsqueda de la meta “cero averías” para
una planta industrial. Se muestra en la siguiente figura 26.
FIG. 26 Mantenimiento Planificado
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4.3.1.4 MANTENIMIENTO DE CALIDAD O HUINSHITSU
Esta clase de mantenimiento tiene como propósito mejorar la calidad del
producto reduciendo la variabilidad, mediante el control de las condiciones
de los componentes y condiciones del equipo que tienen directo impacto en
las características de calidad del producto. Frecuentemente se entiende en
el entorno industrial que los equipos producen problemas cuando fallan y
se detienen, sin embargo, se pueden presentar averías que no detienen el
funcionamiento del equipo pero producen perdidas debido al cambio de las
características de calidad del producto final. El mantenimiento de calidad
es una clase de mantenimiento preventivo orientado al cuidado de
condiciones del producto resultante.
4.4 OPERACIÓN DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS
Por lo general, las bombas centrifugas se seleccionan para una
capacidad y carga total determinada cuando trabajan a la velocidad
especificada. Estas características se conocen como “Condiciones de
servicio específicas”, o sean las condiciones en las que la bomba operará la
mayor parte del tiempo y por lo tanto en donde se obtendrá la eficiencia
máxima de la bomba.
Sin embargo y por necesidades del servicio, se necesita que las
bombas trabajen fuera de estas condiciones específicas modificando ya sea
la carga o la capacidad. Por lo tanto es muy importante que el operador
sepa que sucede al operar las bombas en condiciones distintas a las
especificadas.
Primero se debe verificar la siguiente:
1. Alineamiento.
2. Dirección de rotación del motor con él acople desconectado. 3. Lubricación de las chumaceras. Las bombas lubricadas por aceite
no deben ser llenadas con aceite en la fábrica. 4. Bombas con prensaestopas pueden estar con las tuercas sueltas. 5. La bomba debe llenarse con líquido. Si existe algún mecanismo de
cebadura debe operar antes de arrancar la bomba.
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4.4.1 ARRANQUE Y OPERACIÓN
Puesta en servicio
Por razones de tranquilidad de funcionamiento y para evitar el peligro de cavitación, deben funcionar las bombas radiales y semiaxiales
solamente hasta el caudal máximo, indicado en las curvas características, es decir, solamente hasta el final de la curva correspondiente.
Control del sentido de giro.
Para determinar el sentido de giro correcto en las bombas se hará
funcionar el motor en ambos sentidos con l válvula compuerta cerrada. El cambio de sentido de giro se efectúa intercambiando dos fases en la acometida de corriente. Al funcionar la bomba se podrán comprobar el
manómetro con dos presiones diferentes. La presión más alta indica siempre el sentido de giro correcto. Si la descarga de la bomba es libre,
también se puede determinar el sentido de giro correcto por el caudal del agua y en los surtidores se puede determinar por la altura que alcanzan
los chorros de agua.
Antes de arrancar una bomba se deberá verificar las condiciones de succión, ver si la bomba esta provista de un colador o pichancha y
asegurar que no esta obstruida. Estas precauciones se toman solo cuando la bomba trabaja por primera vez o el operario la desconoce.
Una vez que se haya inspeccionado el equipo auxiliar de la bomba, efectuando el cebado si lo requiere y verificado sus condiciones normales
de succión se puede arrancar la bomba.
Antes de arrancar la bomba y especialmente por primera vez, en caso de chumaceras lubricadas por aceite, con el aceite lubricante frío y la
superficie seca, es importante girar el rotor algunas vueltas, a mano, con la bomba llena de agua, operando momentáneamente el interruptor. Así se
induce el flujo de aceite lubricante hacia las superficies de las chumaceras.
Cuando la bomba está llena de líquido, la válvula de succión abierta y la unidad totalmente lista, observar el vacío ó presión estática en el manómetro de succión; arrancar el motor y observar que la bomba alcanza
su velocidad en forma suave. La bomba debe operarse por corta tiempo con la válvula de descarga cerrada sin recalentamiento o daño.
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Si es necesaria una prueba en las condiciones anteriores por mayor tiempo, se debe mantener abierta la válvula de venteo para desalojar aire
de la bomba y del sistema.
Cuando se considere que la bomba está en condiciones satisfactorias
se procede a ponerla en servicio, cerrando la válvula de venteo y abriendo la válvula de descarga lentamente. En este momento, si la presión en el
manómetro de succión se reduce considerablemente respecto a la indicada con la bomba en reposo o si la presión de descarga no registra el momento
en que el rotor está en su velocidad de operación o cerca, se debe parar el motor y verificar que la apertura de las válvulas en la succión de la bomba sea la correcta. No operar la bomba hasta estar seguro del suficiente
abastecimiento de líquido y de la no-existencia de obstrucciones.
En algunas instalaciones después de la operación inicial de
arranque, la línea de descarga se llena, y este líquido produce buena cabeza para propósitos de arranque. Es posible en estos casos, una vez
cebada la bomba, arrancar con las válvulas de succión y descarga abiertas.
Debemos ser cuidadosos con ciertas partes o dispositivos como lo son:
Chumaceras: Deben ser observadas con cuidado para detectar señales de calentamiento.
Empaquetaduras: Deben ser examinadas para verificar que no estén ocasionando desgaste, corte o rayadura en la camisa del eje.
Siempre es permitido un pequeño goteo líquido que salga de la empaquetadura, éste la lubrica evitando que se queme si opera seca. Un goteo de 60 gotas por minuto asegura una lubricación apropiada.
Operación a Capacidad Baja: No se debe operar la bomba por períodos largos a baja capacidad debido al calentamiento y a la
posibilidad de otros daños. En caso necesario, se deberá instala un desvío (vi pass) permanente en la descarga a la succión, de un
tamaño igual a 1 / 5 del diámetro de la descarga. Si se aumenta la capacidad de demanda de la bomba, este desvío se debe guardar bien seas en forma manual o automática.
Tuercas de la empaquetadura sueltas al iniciar: Con presiones de succión bajas, las empaquetaduras deben dejarse flojas en la
mayoría de los tipos fabricados, hasta que la bomba este en operación. (Esto permite el flujo libre de líquido por la
empaquetadura). Parada de la bomba: Normalmente existe una válvula de retención o
cheque en la línea de descarga cerca de la bomba. En este caso, la
bomba es parada, parando el motor. Luego se cierran las válvulas en
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el siguiente orden: Descarga, Succión y cualquier otra conexión que llegue a la bomba o al sistema.
Si el flujo es a alta presión, para evitar la producción de choques en líneas y en la bomba, es necesario cerrar primero la válvula de
descarga y luego para la bomba.
Las bombas centrífugas pueden operar por largo tiempo
prácticamente sin atención o supervisión estrecha, distinta a observar la existencia de un ligero goteo por la empaquetadura y que las chumaceras
estén lubricadas correctamente.
4.4.2 DETALLES DE ARRANQUE Y OPERACIÓN:
1. Los mecanismos de lubricación de la bomba deben asegurar un suministro continuo de lubricante limpio y seco durante todo el tiempo
que la bomba esté en servicio.
2. Si los rodamientos usan grasa en vez de aceite, los accesorios de la grasa deben engrasarse rutinariamente. No se deben sobre engrasar los rodamientos.
3. La temperatura del equipo de bombeo puede aumentar bien sea por el
proceso o por la fricción. Las partes que no puedan tolerar aumentos de la temperatura, se deben proteger con sistemas de enfriamiento.
4. Si la bomba maneja líquido caliente, la caja de empaques de ordinario se enfría para prevenir daños en el empaque.
5. La superficie de los sellos mecánicos se deben enfriar.
6. La carcasa de los rodamientos puede enfriarse para mantener las luces
adecuadas en los rodamientos. Si un rodamiento se sobrecalienta, se expande y se pega al eje.
7. Las bases de la bomba pueden enfriarse para mantener la alineación entre la bomba y el motor.
8. Antes de arrancar la bomba deben chequearse los sistemas completas
de enfriamiento y calentamiento. 9. Una bomba que maneje líquidos calientes, debe calentarse antes de arrancarse para prevenir daños por expansiones desiguales en las partes.
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Las expansiones desiguales pueden permitir el contacto entre las partes estacionarias y las móviles.
10. La bomba debe calentarse gradualmente, circulando lentamente
líquido caliente a través de ella.
11. Después de chequearse la lubricación del motor, si el eje de la bomba es accesible, se debe girar con la mano para ver si este listo para girar.
12. Cuando un motor sé reacondiciona o se instala nuevamente para servicio, debe chequearse la dirección de la rotación de su eje antes de
acoplar la bomba.
13. Las válvulas deben colocarse adecuadamente, para evitar bombeo a un sitio equivocado
14. Cuando sea práctico, se arranca la bomba con la descarga cerrada o casi cerrada. Cerrando la válvula de descarga, la tasa de bombeo disminuye.
15. Los requerimientos de potencia disminuyen al disminuir la tasa de
bombeo y es menos probable que el motor se sobrecargue.
16. A bajas tasas, es menos probable que la bomba pierda succión. 17. Si la válvula de succión se cierra, no puede entrar ningún líquido a la
bomba. La bomba se arranca con la válvula de succión abierta.
18. Una bomba centrífuga se arranca con la válvula de descarga cerrada; la válvula de succión está siempre abierta.
19. Una bomba auxiliar con dispositivo automático de arranque, debe mantenerse con las válvulas tanto de succión como de descarga abiertas.
20. Las bombas centrífugas nunca deben arrancar vacías porque se
sobrecalientan. Antes de arrancarse, las bombas se ceban llenando la carcaza con líquido.
21. La línea de succión de la bomba, debe estar siempre llena de líquido.
22. La línea de succión está de ordinario provista de válvulas de venteo en los puntos altos, por las cuales se puede ventear el vapor.
23. Con el motor funcionando adecuadamente la bomba está lista para arrancar así: Todos los venteos y drenajes están cerrados, se han
chequeado todos los sistemas de lubricación y enfriamiento; las líneas de
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calentamiento con vapor están funcionando; las válvulas de succión y descarga están en la posición adecuada; la bomba está cebada.
24. Se arranca la bomba.
25. Cuando la bomba alcanza su velocidad, la válvula de descarga se abre
nuevamente.
26. Si la presión de descarga permanece normal y estable, la bomba ha tomado succión y opera como debe.
27. El líquido puede vaporizarse y la bomba pierde succión. Si la bomba opera por algún tiempo con la válvula de descarga cerrada, se puede
sobrecalentar.
28. Si la presión de descarga no sube o si sube y luego cae otra vez, la bomba probablemente ha perdido su succión.
29. Si la bomba pierde su cebo, debe apagarse y cebarse de nuevo.
30. Se debe chequear la bomba para que no haya escapes en la carcasa, caja de empaques, bridas y venteos. El prensa-empaques se chequea para
ver que el escape sea suficiente para la lubricación, no excesivo. 31. La temperatura del empaque y del rodamiento se chequea de ordinario.
Un aumento de temperatura puede ser indicio de una lubricación o enfriamiento deficientes o probablemente mecánicos.
32. Se debe chequear el acople para ver que el lubricante no este
escapando. 33. Si se detectan ruidos anormales, debe determinarse de inmediato la
causa.
34. Puede ser necesario corregir las condiciones de bombeo. Si el problema mecánico es la bomba debe apagarse.
35. Se apaga la bomba cuando debe ponerse fuera de servicio.
36. Las válvulas de succión y de descarga se cierran y todo el líquido se drena desde la bomba a un sitio seguro.
37. Se ponen fuera de servicio los sistemas de lubricación y de enfriamiento. Si hay posibilidades de congelación, debe drenarse toda el
agua del sistema de enfriamiento.
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38. Si se drena la bomba completamente, se cierran las válvulas de succión y de descarga muy bien.
39. Las líneas de vapor de calentamiento se dejan prendidas o apagadas,
dependiendo de la situación de operación.
40. Si se van a efectuar trabajos en la bomba, en el sitio en que esta colocada, se deben poner ciegos en las líneas de proceso.
41. Si la bomba se va a lavar a repara, se purga o se lava, se desconecta de la base y se instalan ciegos en las líneas de proceso.
42. Los vapores o líquidos peligrosos se purgan de la bomba con un
material inerte.
43. Si una bomba se instala como auxiliar o repuesto, se puede dejar operando los sistemas de enfriamiento y lavado, y abiertas las válvulas de succión y descarga; la bomba está lista para arrancar u operar.
4.5 SEGURIDAD EN LA OPERACIÓN Y EL MANTENIMIENTO
La seguridad tanto del equipo como del personal es la principal
consideración que debe hacerse durante la operación y mantenimiento del
equipo.
Tener debido cuidado en las condiciones de seguridad del lugar de
trabajo, de la maquinaria, de las instalaciones eléctricas y del equipo de
protección personal es una obligación para lograr la prevención de
accidentes de trabajo.
Las condiciones de seguridad que deben reunir el local de trabajo son:
-Que estén construidos de materiales adecuados.
-Que se haga conservación del edificio.
-Que tenga iluminación, temperatura y ventilación adecuada.
-Que no existan contaminantes en el aire, por ruido o contaminación por
radiación.
-Los pisos del lugar sean los adecuados.
-Existan escaleras bien localizadas.
-Que existan equipos contraincendios bien situados, se les de
mantenimiento y se conozca su manejo.
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-Que existan servicio tales como; sanitario en buen estado, guardarropas.
En lo que respecta a los riesgos de accidente de tipo mecánico se puede
decir que la maquina es el instrumento de trabajo sobre el cual convergen
con mayor frecuencia la condición insegura y el acto inseguro, porque su
uso rutinario y el cansancio que normalmente produce en toda persona la
jornada de labores, contribuye a ellos en forma directa.
La seguridad en una maquina empieza en su diseño adecuado en justa
operación y en su buen mantenimiento.
La prevención de los riesgos de accidente debe abarcar la parte física de
las maquinas, en este caso el equipo de bobeo, los resguardos y sus
colores, la operación con el equipo y su mantenimiento. Considerando que
la función de los protectores o resguardos que tenga la maquina es que
eviten al operador el contacto peligroso con ella, el cual es principalmente
peligroso si se hace con la partes móviles de esta, también tiene como
misión proteger al trabajador contra una fala súbita de los materiales con
que esta hecha, de los lugares de sujeción o de las conexiones eléctricas o
bien de los cuerpos sobre los cuales se esta haciendo el trabajo.
Como principios básicos de seguridad al estar operando una maquina,
podemos mencionar.
a) El cuidado que se debe tener al empezar a trabajar la maquina, debe
hacérsele una revisión o una inspección visual para cerciorarse de
su buen estado y de la correcta posición y sujeción de sus partes y
conexiones.
b) Que toda herramienta ha sido diseñada para la aplicación estudiada
de antemano y solamente hay que darle ese uso para hacer un buen
trabajo, evitarle deterioros e impedir accidentes a quien la maneje.
Como complemento a lo anterior es necesario decir que el orden y
limpieza en toda área de trabajo son de una importancia primordial y que
deben tenerse en cuenta todo el tiempo.
Como reglas básicas de seguridad que se deben seguir al estar
trabajando podemos mencionar las siguientes:
a) No opere maquinas que no conozca o no este autorizado para ello.
b) Tenga el conocimiento del trabajo que va a realizar sin olvidar las
instrucciones de operación.
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c) Revise la maquina antes de trabajar y cerciórese de que le ofrece
seguridad y eficiencia.
d) Mantenga la maquina y el área de trabajo limpia.
e) Use protectores personales.
f) Mantenga lubricada la maquina con los lubricantes especificados.
g) Al oír ruido anormal en la maquina deténgala y revísela. No repare
equipo mecánico en movimiento, al ponerla en movimiento
nuevamente, avise de antemano al personal que se encuentra cerca
de ella.
Una instalación eléctrica defectuosa es fuente de riesgos de incendio,
generándose con ello accidentes, principalmente en locales en que hay
vapores que forman mezclas combustibles o explosivas. Las partes que
pueden ofrecer los principales peligros son; Los interruptores, las
bombillas, las malas conexiones y los motores no protegidos.
Cualquier instalación eléctrica debe sujetarse a las normas
correspondientes de seguridad con el fin de asegurar una eficiencia que los
peligros sean mínimos. Las precauciones elementales que se deben tener
para evitar riesgos en instalaciones eléctricas son:
a) No manejar electricidad sin conocimiento suficiente de ella.
b) No hacer contacto con aparatos o cables sin asegurarse que no
tienen corriente.
c) Proteger los cables conductores contra aceite, agua, ácidos o
superficies calientes que deterioren su forro.
d) Usar siempre conductores del calibre adecuado, con forro aislante.
e) No colgar los conductores de clavos o perfiles filosos y procurar que
no se le hagan nudos.
f) Guardar el material eléctrico en lugar limpio y seco.
g) Usar herramienta eléctrica con aislamiento apropiado.
h) Los fusibles y los interruptores deben estar colocados fuera de las
áreas de trabajo en cajas aisladas.
i) Antes de trabajar, examinar las condiciones del equipo y
herramienta.
j) Usar las protecciones y señales adecuadas al trabajo que se va a
realizar.
Todo el trabajo de instalación y las labores por medio de equipo
eléctrico deben ser realizados por el personal que conozca bien esta rama y
que este autorizado para hacerlo.
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Antes de dar paso de corriente a una instalación, se debe avisar al
personal que trabaje en ella o maneje maquinaria alimentada por la
misma. Antes de presionar cualquier botón de arranque se deben cerrar
las cuchillas del interruptor respectivo.
Cuando se trabaje en tableros o en aparatos eléctricos deben dejarse
estos completamente limpios y evitar que queden en ellos pedazos sueltos
de alambre, tornillos o piezas metálicas así como hilazas o líquidos y
algunas herramientas.
Todas las estructuras que soportan aparatos eléctricos deben estar
conectadas a tierra. En caso de incendio del equipo eléctrico se deben
desconectar la corriente eléctrica como primer paso y luego hay que usar
extintores de bióxido de carbono aplicando el chorro al pie de la flama.
4.5.1 EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL
La protección personal para los diferentes empleados y obreros de
un centro de trabajo tiene como base las medidas de higiene general, el
acondicionamiento del medio físico de trabajo y la protección directa del
personal, así como las formas de protección colectiva. Estas clases de
protecciones se complementan en la practica con instructivos,
indicaciones, señales y carteles, además de la capacitación y
adiestramiento, para que todos los tengan presente las normas que deben
seguir bien sea durante la operación o el mantenimiento de la maquinaria.
Los buenos equipos de protección personal se fabrican bajo normas
de calidad y aplicación; para cada uso hay modelos deferentes que
permiten cubrir satisfactoriamente las necesidades de protección. El uso
del equipo de seguridad amerita cuidado para su empleo pueda prestar
comodidad, eficiencia y verdadera protección a quienes lo usen.
Entre los diversos accesorios especificados para la protección teneos:
a) Casco de seguridad.
b) Gafas de protección.
c) Protecciones auditivas.
d) Calzado de seguridad.
e) Guantes de protección.
f) Arneses
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Como protecciones generales podemos mencionar, que los locales de
trabajo deben tener ventilación adecuada, iluminación suficiente pero no
demasiada, sistemas de señales tanto auditivas como visuales, alarmas,
colorido adecuado, salidas de emergencia, sistema contra incendio.
El equipo con que se pueden establecer estas protecciones de ben
incluirse en los proyectos de construcción y de operación de las plantas
industriales, el Ingeniero o el técnico de seguridad debe estar familiarizado
completamente con los aparatos que se emplean para protecciones
generales, ya sean de tipo portátil o de tipo fijo, o bien ya sea que se trate
de instalaciones de carácter especial.
4.6 PROPUESTA DE MANTENIMIENTO
Se realiza una propuesta de mantenimiento de acuerdo necesidades
de trabajo y operación cotidiana.
Un eficiente programa de mantenimiento debe analizar el trabajo en
lo que se refiere a las técnicas que se necesitan y el tiempo que se requiere
para realizar las actividades. Se debe programar cada actividad sin
menospreciar su importancia, ya que por lo general las grandes averías
surgen por no realizar actividades de rutina.
También se debe tener en cuenta que los programas no deben
considerarse estáticos. Hay que realizar periódicamente cambios en la
frecuencia y agregar acciones que anteriormente no habían sido tomadas
en cuenta.
Uno de los objetivos del programa de mantenimiento, es presentar
directamente al personal de operación y de mecánica la situación relativa
en cuanto al funcionamiento de la bomba, sus partes y elementos, así
como refacciones.
Un programa se basa en el reconocimiento del papel clave que el
operador puede jugar en la práctica del mantenimiento preventivo. Es
obvio que el operador es el primero en percibir signos de daños, ya sean
ruidos u otra clase de anomalías en el equipo. Por este motivo el operador
se encuentra en una situación que le permite tomar medidas preventivas
con el objeto de evitar daños graves que de otro modo se presentarían
inevitablemente. Es de importancia que los operadores adquieran buenos
hábitos de operación del equipo que manejan, esto ayudará a disminuir el
desgaste del equipo y el consumo de energía. Las prácticas incorrectas
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surgen principalmente por la falta de comprensión de los principios
relativos a una operación adecuada más bien que por una actitud
negligente o descuidada. En general se dice que el trabajo excesivo de
mantenimiento se debe a la falta de cuidado de parte de los operadores por
dar prioridad a otras obligaciones.
El resultado de este mantenimiento es tratar de obtener la máxima de
eficiencia y el mínimo de reparaciones.
Se propone implementar un programa de mantenimiento preventivo
rutinario, siendo el objetivo principal tratar de obtener el máximo el equipo
en optimas condiciones, funcionamiento continuo, el servicio más seguro,
el mantenimiento más económico, la mayor vida posible para la bomba y
eliminando el servicio de mantenimiento correctivo, tiempos muertos o
paros del equipo por fallas graves, poniendo a la población fuera de este
servicio y carencia del agua potable.
4.6.1 PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO
Sabemos que cualquier equipo que se usa continuamente sus
elementos sufren desgaste por el uso y también se presenta una situación
importante, si el equipo se opera inadecuadamente o se hace participe la
adecuada conservación, sufre desgastes prematuros, a mediano plazo y
largo plazo causando gastos elevados y tiempos muertos fuera de
operación del equipo.
Por lo que se propone un programa de mantenimiento programado
para tener mayor tiempo de vida el equipo, reducir costos en la
conservación del equipo y evitar tiempos muertos fuera de servicio.
El sistema está basado en revisiones periódicas programadas al
equipo en su totalidad de elementos pero se diferencian fundamentalmente
en los medios que se utilizan para las revisiones y en las frecuencias de
éstas
De los resultados obtenidos de las revisiones efectuadas se hace un
análisis, si es el caso, de programar una reparación del equipo, la cual
incluiría el posible cambio de las partes que el análisis haya mostrado
como defectuosas.
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En el mantenimiento programado resulta con frecuencia que en la
misma revisión se tome la decisión de cambiar estos elementos y no sea
necesario programar una posterior reparación. Este método tiene muchas
ventajas y beneficios.
Mantenimiento mecánico programado
o Verificar rodamientos
o Lubricar puntos esenciales
o Verificar el estado de funcionamiento de accesorios de bombeo
o Verificar caudal optimo
o Revisión de prensaestopas
o Revisión o cambio de hilo grafitado
o Revisión de flecha
o Verificar que no haya fugas
o Verificar que no haya vibración excesiva en el equipo
o Revisión y reapriete de tornillería
Mantenimiento eléctrico programado
a) Efectuar medición de tensión eléctrica
b) Efectuar medición de amperaje en líneas de motor trifásico
c) Verificar el electronivel automático de arranque y paro
d) Mantener limpios los tableros y gabinetes eléctricos
e) Verificar funcionamiento de arrancador a plena tensión
f) Verificar las protecciones eléctricas para el equipo (sobre carga y
corto circuito)
g) Verificar con meguer devanados de motor trifásico
El mantenimiento mecánico y eléctrico se programa en revisiones y
servicios diarios, semanales, mensuales, bimestrales, trimestrales,
semestrales y anuales, se presenta el programa a continuación.
ME MANTENIMIENTO MECANICO D DIARIO
MM MANTENIMIENTO EECTRICO S SEMANAL
G GUARDIA B BIMESTRAL
T TRIMESTRAL
SE SEMESTRAL
A ANUAL
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PROGRAMACIÓN DEL MANTENIMIENTO GENERAL
NUM. DE LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES SABADO DOMINGO SEMANAS
SEMANAS MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO MTTO TIEMPO DEL AÑO
1 3 ME M MM T ME S MM ME MM SM G 1 2 3 4
D D D D D D 5 6 7 8
2 4 MM B ME MM ME S MM ME A G 9 10 11 12
5 7 ME S MM M ME MM ME MM G 13 14 15 16
D D D D D D 17 18 19 20
6 8 MM ME S MM ME MM ME G 21 22 23 24
9 11 ME MM ME M MM S ME MM 25 26 27 28
D D D D D D 29 30 31 32
10 12 MM ME B MM ME MM S ME G 33 34 35 36
13 15 ME S MM T ME MM M ME MM G 37 38 39 40
D D D D D D 41 42 43 44
14 16 MM ME S MM ME MM ME G 45 46 47 48
17 19 ME MM ME S MM ME M MM G 49 50 51 52
D D D D D D
18 20 MM ME MM B ME S MM ME G
21 23 ME MM T ME MM ME S MM M G TECNICOS:
D D D D D TECNICO 1
22 24 MM ME MM ME MM ME G TECNICO 2
25 27 ME MM ME MM ME M MM SE G
D D D D D D
26 28 MM ME MM ME B MM ME G
29 31 ME S MM T ME MM M ME MM G
D D D D D D
30 32 MM ME S MM ME MM ME G
33 35 ME MM ME M MM ME MM G
D D D D D D
34 36 MM ME MM S ME MM B ME G
37 39 ME MM M ME MM ME MM G
D D D D D D
38 40 MM ME T MM ME S MM ME G
41 43 ME M MM ME MM ME S MM G
D D D D D D
42 44 MM ME MM ME MM ME B G
45 47 ME S MM M ME MM ME MM G
D D D D D D
46 48 MM ME S MM ME MM ME G
49 51 ME MM T ME M MM ME MM G
D D D D D D
50 52 MM ME MM S ME MM B ME A G
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CAPITULO V
DESARROLLO DEL PROYECTO
5.1 DATOS DEL PROYECTO
Elemento en cuestión:
Agua natural limpia
Temperatura aproximada:
T= 21.1°C
Densidad relativa:
ρr= 0.999
Peso especifico:
998.607 Kg/m³
Presión de vapor
2340 N/m²
Presión Atmosférica
1000370 N/m²
Viscosidad:
1.034 x 1 m²/s
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Gravedad
9.81 m/s²
Altitud sobre el nivel del mar
2260 m
Tipo de captación:
Pozo profundo
Caudal
50 l/seg = 0.05 m³
Profundidad del pozo
92 metros
Diámetro del ademe
18 Pulg
Diámetro del conducente
10 pulg
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5.2 POBLACIÓN DEL PROYECTO
El calculo que a continuación se refiere, es tomado en cuenta las
características de únicamente la bomba del sistema, la cual se seleccionara para
el abastecimiento de agua potable a un pueblo y habitantes que se han asentado
en los márgenes de esta comunidad.
Es necesario mencionar que el arreglo de este sistema se realice
cumpliendo con los fines que debe tener en cuenta un Ingeniero, que son:
Economía, Funcionalidad, Mantenimiento, Operación, etc., por lo que se tendrán
en consideración los siguientes aspectos.
a) Vida útil del equipo
b) Tasa de crecimiento de la población
c) Tasa de interés vigente
Para determinar el período económico de proyecto se considera, los aspectos
anotados anteriormente, para considerando un periodo de 10 años, para que se
rentable el proyecto y eficaz.
Para determinar la población de proyecto de la localidad de San Juan
Zitlaltepec, se recurrió a los censos de INEGI, para conocer el crecimiento
poblacional en las décadas pasadas. Los censos históricos con los que se cuenta,
son a partir de 1960 hasta 2012, siendo los datos obtenidos los siguientes:
Localidad: San juan Zitlaltepec
Municipio: Zumpango
Estado: México
Censos generales
Censo/Año Núm. Habitantes
1960 6720
1970 9060
1980 10100
1990 12130
1995 14320
2000 16530
2005 17850
2012 18495
2022 -----
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5.3 CÁLCULO DEL CAUDAL
Se calculara el caudal en función de la población actual y se proyectara a
10 años. .
Determinar una cifra constante para un periodo fijo y aplicarla en años
futuros.
Pf = Pa + (I * N) Pf = Población futura Pa= Población actual Pp= Población pasada I = Incremento medio anual
N= Diferencia de tiempo en años entre Pf y Pp
n= Diferencia de tiempo en años entre Pa y Pp
Pd= Diferencia de población entre Pf y Pp
1 /
Pf = Pa + (I * N) = 18495+ {(91.428)(10)} = 19416.428
2012 Pa= 18495 hab
2022 Pf =19416 hab
La población se ha estimado hasta el año 2022 de 19583 habitantes, es
que se va a utilizar para realizar los cálculos de este proyecto.
Haciendo un estudio somero del consumo de agua por persona y día,
encontramos que entre las principales necesidades como son: aseo general y
consumo en alimentos, es aproximadamente de 200 l/día, este dato es
proporcionado por la Comisión Constructora e Ingeniera Sanitaria de la
Secretaria de Salubridad y Asistencia para un clima templado en la actualidad.
Año Población
2012 18495
2005 17850
N = 7 Pd= 645
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Calculando el gasto tenemos:
1 1
í 1 í
1
1
Se le agrega un 10% por motivos de fomentos urbanos y comerciales entonces:
/
5.4 MEMORIA DE CÁLCULO
5.4.1 CÁLCULO DE VELOCIDADES (V1 y V2)
Datos:
Q = 0.05 m³/s
DTuberia= 0.254 m
DAdeme= 0.457m
Ec. De Continuidad
Q= v A → v = Q/A →
/
1
1 /
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5.4.2 CÁLCULO DE LA RUGOSIDAD RELATÍVA
Datos:
Material: Acero comercial fundido
D = 254 mm
De tablas ε = 0.0457 mm
Rugosidad relativa =
1 1 1
1
5.4.3 CÁLCULO DEL NÚMERO DE REYNOLDS
Datos:
= 1.034 x 1 m²/s
v2 = 0.9881 m/s
D = 0.254 m
( 1 )
1 1 1
1
5.4.4 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE FRICCIÓN UTILIZANDO EL DIAGRAMA
DE MOODY
Datos:
1
1
Nos vamos al diagrama de Moody con los datos anteriores y obtenemos.
ƒ = 0.0148
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5.4.5 CÁLCULO DE LONGITUDES L Y Le
5.4.5.1 Sumatoria de los tramos de tubería (L)
Datos:
Material: Acero comercial fundido cedula 40
D = 254 mm
Se muestra en la figura 26 el arreglo del sistema de bombeo y claramente se
muestran los tramos de tubería y dimensiones.
FIG. 26
ΣL = L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7
ΣL = 80+260+120+345+85+250+60
ΣL = 1200 m
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5.4.5.2 Sumatoria de la longitud equivalente (Le)
Longitud Equivalente
Accesorio Le/D (m) Le (m) Piezas Resultado
Válvula compuerta 13.32 3.385 1
Le = 393.46 m
Válvula de retención 76.87 19.526 1
Válvula de expulsión de aire 1.02 0.26 1
Codo 90° 91.1 23.14 1
Codo 45° 16.4 4.166 6
Medidor 112.75 28.639 1
5.4.6 CÁLCULO DE PÉRDIDAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS
Datos:
D = 0.254 m
v2 = 0.9881 m/s
LTuberia= 1200 m
Le = 393.46
ƒ = 0.0148 Adimensional
g = 9.81 m/s²
{
}
{
} 1 {
1
}
1
1
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5.4.7 CÁLCULO DE ALTURA GEODÉSICA
Tenemos el arreglo del sistema de bombeo en la figura 27 en donde se muestran
claramente las alturas geodésicas:
Fig. 27
Altura geodésica
= Z2 – Z1
= (42 + 22+ 15+13)-(0)
= 92 m
5.4.8 CÁLCULO DE LA CARGA DE VELOCIDAD
Datos:
/
1 /
Carga de velocidad
1
1
= 0.045 m
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5.5 CÁLCULO DE LA CARGA DINÁMICA TOTAL
Datos:
P2 = P1 =PATM
= 89 m
= 0.045 m
Ahora para conocer la altura que debe de cumplir la bomba para este
caudal, aplicaremos Bernoulli entre los puntos 1 y 2.
Conociendo que los sistemas se encuentran abiertos o que no existe
presión en estos, la diferencia con la atmosférica es despreciable.
Carga Dinámica Total:
CDT = (92+0.045+4.620)
CDT = 96.665 m.c.a.
5.6 CÁLCULO DE LA CARGA NETA POSITIVA DE SUCCIÓN
1
= 52 m.c.a.
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5.7 CONDICIONES DE BOMBEO
Símbolo Valores Unidades
Q 0.05 m³/s
D 10.25 Mm
PATM 100.370 N/m²
Pv 2340 N/m²
9800 N/m³
1.034 x 1 m²/s
Ε 0.0457 Mm
Ƒ 0.0148 Adimensional
L 1200 M
Le 393.46 M
92 M
4.62 M
Hv 0.045 M
CDT 96.665 m.c.a.
5.8 CÁLCULO DE LA POTENCIA MECÁNICA DE LA BOMBA
5.8.1 CÁLCULO DE LA POTENCIA HIDRÁULICA.
1
1
1
= 47.365 KW
5.8.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA DE ACCIONAMIENTO
1
1
1 1
1
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5.8.2 CÁLCULO DE LA POTENCIA ELÉCTRICA
1
Símbolo Valores Unidades
N 1770 Rpm
Η 75 %
47.365 KW
63.154 KW
78.943 KW
52 m.c.a.
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SELECCIÓN DE LA BOMBA
FIG. 28
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DATOS DE LA BOMBA SELECCIONADA:
BOMBA 12 CGL-6
CAUDAL: 50 L/S
CDT: 96.665 m
Para una etapa He= 16.2 m
Entonces:
Numero de etapas:
1
Ne = 6 etapas
Altura por etapa = 16.11 m
Diámetro del impulsor = 201 mm
Eficiencia = 84 %
Potencia abs = 74.6 HP
Potencia Max = 74.9 HP
Velocidad = 1770 rpm
NPSHR = 3.0 m
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CAPITULO VI
ANÁLISIS ECONÓMICO
6.1 RECOMENDACIÓN
Para presentar la cotización del equipo de bombeo, se utilizo como
criterio la economía, funcionamiento, mantenimiento, rentabilidad y mayor
vida útil, se solicitaron varias cotizaciones a varios fabricantes, para hacer
un cuadro comparativo y seleccionar la mejor alternativa, que se presenta
a continuación.
6.2 COTIZACIÓN DEL EQUIPO Y ACCESORIOS
Se presenta la cotización total del proyecto en donde se describe el
costo del equipo mecánico y eléctrico, así como de sus respectivos
accesorios.
EQUIPO DE BOMBEO Y ACCESORIOS
PARTIDA CANTIDAD DESCRIPCIÓN UNIDAD
PRECIO
TOTAL UNITARIO
Bomba vertical tipo turbina turbina completa, Modelo:
1 1 12cgl-6, Marca: Hidrostal, para pozo profundo, Caudal: Pieza $175,212.00 $175,212.00
50 l/s, Diámetro del impulsor: 201 mm, Numero de eta-
pas: 6, Velocidad: 1770 r.p.m.
Motor eléctrico trifásico de 75 HP, 440 volts, 60 Hz, 6 po
2 1 los, 1800 r.p.m., tipo vertical, con flecha hueca, con Pieza $98,523.00 $98,523.00
Trinquete de no retroceso.
3 2 Junta Dresser, de diámetro de 254mm (10 pulg) Pieza $8,200.00 $16,400.00
4 2 Válvula de compuerta de diámetro de 254 mm (10 pulg) Pieza $5,500.00 $5,500.00
5 1 Válvula de expansión de aire de 50.8mm de 2 pulg. Pieza $950.00 $9,500.00
6 1 Válvula de retención de 10 pulg, Clase 8.8, 125 PSI Pieza $5,850.00 $5,850.00
7 1 Manómetro de glicerina de 0 - 15 Kg/cm² Pieza $2,500.00 $2,500.00
8 2 Tramos de tubo de acero 1045 de diámetro de 254 mm Tramo $2,200.00 $4,400.00
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9 4 Bridas de acero de hierro galvanizado de 254mm Piezas $850.00 $3,500.00
10 2 Cople de acero de diámetro de 254mm Piezas $460.00 $920.00
11 1 Arrancador a tensión reducida con elementos térmicos Pieza $7,500.00 $7,500.00
para el motor de 75 HP, Marca: Siemens
12 2 Electro nivel en el ademe y tanque Piezas $5,200.00 $10,400.00
Almacenamiento
13 1 Gabinete eléctrico de control de electro niveles Pieza $850.00 $850.00
SUBTOTAL $341,055.00
16% IVA $54,568.80
TOTAL $395,623.80
6.2.1 PRESUPUESTO DEL MANTENIMIENTO ANUAL
Los costos de mantenimiento, generalmente van relacionados con los
tiempos de operación y en base a eso se programa el tiempo para el
mantenimiento y su costo
Los gastos de reparación y mantenimiento:
- Reparación por interrupción
- Reparación de emergencia
- Inspecciones de rutina y mantenimiento preventivo
- Conservación, tal como limpieza y pintura
- Remplazo de piezas por desgaste
Se toma el 5% de valor del equipo, como gastos para mantenimiento y
operación anual, para cubrir nomina de técnico operador, consumibles,
como lo son grasas, lubricantes, herramientas ENTRE OTROS.
6.3 COSTO BENEFICIO
El punto económico fue cubierto ya que se evaluó un equipo de
bombeo que cubre las necesidades del proyecto y con un costo bajo, y el
beneficio se vera reflejado en todos los hogares y todas las personas
dejaran de sufrir por la carencia de agua, haciendo buen uso de ella para
las necesidades diarias y un punto importante disminuyendo en
consecuencia enfermedades.
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CONCLUCIONES
En la elaboración de este proyecto se resolvió mostrando la
metodología de cálculo y practico, que facilitan la solución mas correcta,
buscando grandes ventajas tanto para su operación como para su
mantenimiento. Se tuvo la oportunidad de tomar en cuenta los principios
de la hidráulica, además la importancia de utilizarlos con un criterio
correcto, para cumplir con los objetivos deseados
En la selección del equipo de bombeo se procuro encontrar la óptima
economía para el equipo mecánico y eléctrico. S u capacidad fue calculada
de acuerdo a las necesidades del pueblo de San Juan Zitlaltepec,
buscando que el consumo de energía eléctrica fuera lo mas económica
posible.
Se sabe que problemáticas de abastecimiento de agua potable es
muy común, por diversas razones, como demanda demográfica, mantos
acuíferos en desabasto, mala selección del equipo de bombeo, derrumbes
de internos en pozos, influyen mas allá que los aspectos económicos, los
aspectos políticos, depende de gran manera, los frentes políticos y división
de maneras de pensar en el municipio.
Podemos concluir que gracias a los sistemas de bombeo, el agua que
existe en nuestro planeta y que en ocasiones no esta a nuestro alcance
directo, hacemos que llegue en la cantidad y calidad que las necesidades
demanden.
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GLOSARIO
A
Agua.- Liquido incoloro, inodoro e insípido compuesto por hidrogeno y oxigeno.
Elemental para las necesidades básicas y actividades importantes del ser humano.
Ademe.- Tubo metálico de diámetro y espesor definidos, liso o ranurado, cuya
función es evitar el derrumbe o el colapso de las paredes del pozo que afecten la
estructura integral del mismo. En su porción ranurada, permite el flujo del agua
hacia dentro y profundidad del pozo.
Acuífero.- Formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas
subterráneas que puedan ser extraídas para su explotación.
C
Carga.- La presión que ejerce una columna vertical de un líquido en cualquier
punto, debido a su peso se le conoce como carga. La altura de la columna de
líquido se le conoce como carga estática y se expresa en unidades de longitud (m,
ft). Es la medida del incremento de energía impartida al líquido por la bomba por
unidad de peso.
Capacidad.- Las condiciones de la aplicación fijan la capacidad requerida. El
requisito principal de una bomba es el de entregar la cantidad correcta del liquido
(Q) contra la carga (H) existente en el sistema.
Conducto.- Tubería o canal de la red de distribución de agua de una localidad.
Los conductos que se utilizan para transportar fluidos son de dos clases:
conductos cerrados (tuberías en las cuales el fluido se encuentra bajo presión o
depresión) y conductos abiertos (canales). En dichos conductos existe una
oposición a la circulación del fluido que se debe principalmente al rozamiento que
existe con la pared del conducto.
Consumo de agua.- Volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades de los
usuarios. Habiendo diferentes consumos; domésticos, no domésticos (comercial e
industrial) y publico.
D
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Demanda.- Volumen total de agua requerido por una población para satisfacer
todos los tipos de consumo, incluyendo las pérdidas en el sistema.
Densidad Absoluta o Especifica (ρ).- Se define como la relación de la masa la sustancia entre la unidad de volumen. Su unidad es el kg/m³, y para el agua a
nivel del mar a 4°C (39.2 °F) su densidad es de 1000 kg/m³. La densidad esta en función de la temperatura y la presión. Su expresión matemática es la siguiente.
Densidad Relativa .- La densidad relativa es la relación entre la densidad de
una sustancia y cierta densidad de agua a 4 °C o la densidad del mercurio. Esta
densidad relativa esta en función de la temperatura y de la presión, (la densidad
relativa es adimensional).
Descarga.- E s la acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar cualquier fluido a
un cuerpo receptor.
Desinfección.- Destrucción de organismos patógenos por medio de productos
químicos o procesos físicos.
Dotación.- Cantidad de agua asignada a cada habitante para satisfacer sus
necesidades personales en un día media anual. Consumo diario per cápita.
E
Estación de bombeo.- Sitio donde se instalan los equipos mecánicos para elevar el
agua de un lugar bajo a otro elevado.
Evaporación.- Separación del agua de los solidos disueltos, utilizando energía
calorífica como agente de separación, condensando finalmente el agua para su
aprovechamiento.
F
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Filtración.- Remoción de partículas suspendidas en el agua, haciéndola fluir a
través de un medio filtrante de porosidad adecuada.
Fluido.- Es la modalidad de materia que debido a su poca cohesión
intermolecular carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo
contiene. Se clasifican en:
d) Fluidos Ideales
e) Fluidos Reales o Newtonianos
f) Fluidos No Newtonianos
Fuente de abastecimiento.- Sitio del cual se toma agua para suministro al
sistema de distribución.
Fuga.- Escape del agua por la pared de la tubería, sus dispositivos de unión y
accesorios. Se considera fuga a partir de un escurrimiento (las zonas húmedas de
la pared no se consideran fugas).
G
Gasto.- Volumen de agua medido en una unidad de tiempo, generalmente se
expresa en litros por segundo.
Grafica de Presiones.- Presiones relativas referidas a la atmósfera local o presión
barométrica variable (línea de trazos). En la siguiente figura se muestra
gráficamente las presiones que se han mencionado anteriormente y se puede
visualizar claramente una de la otra.
H
Hidráulica.- Rama de la física que trata lo relacionado a los fluidos y sus
movimientos.
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L
Línea de conducción.- Elemento que sirve para transportar el agua desde la
fuente de captación hasta el tanque de almacenamiento, de manera continúa
(generalmente tubos) y que puede trabajar a presión en el caso de tuberías o a
superficie libre, en caso de canales y tuberías.
Líquido.- Es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente
incompresible.
N
Nivel freático.- Nivel superior de la zona saturada de la fuente de sustracción o
pozo en donde se encuentra el punto del brote libre del agua contenida en el
mismo.
P
Perdida Física.- Volumen de agua que entra al sistema de distribución de agua,
que no es consumido.
Peso Específico ( . Es la relación entre el peso de la sustancia por unidad de
volumen, sus unidades son (kg/m³). El peso específico varía de acuerdo a la
temperatura ya que al haber un aumento de temperatura habrá una disminución
de peso específico y la densidad. Su expresión matemática es la siguiente.
Periodo de diseño.- Lapso de tiempo en el cual se diseña el sistema y se estima
que la obra o elemento del proyecto alcance su máxima eficiencia.
Población del proyecto.- Número de habitantes de una localidad al final del
periodo de diseño.
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Pozo.- Es una perforación que se realiza en el suelo bajo normas establecidas,
con el objeto de extraer agua u otras sustancias. Todos los pozos perforados
deberán proporcionar información geológica y de aforo con el propósito de
explotar racionalmente el yacimiento.
Presión (P).- Se define como la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido o
un gas perpendicularmente a dicha superficie. Las unidades de presión se
meden en (atm, N/m², Pa).
Presión Absoluta (Pabs).- Es la presión media con relación al cero absoluto (vacío
total al cien porciento de vacío). Esto se explica de la siguiente forma: Es la
presión atmosférica más la presión manométrica en un punto de medición.
Pabs = Patm + Pman
Presión Atmosférica (Patm).- Es la superficie libre de un líquido donde existe una
presión de aire. Esta varía con la temperatura debido a que al disminuir esta, el
aire se torna mas denso y pesa mas, por lo tanto la temperatura aumenta, la
densidad de la columna de aire disminuirá y el peso de esta. Otro factor que
afecta aun más, en forma determinante la presión atmosférica es la altitud sobre
el nivel del mar. La presión media normal esta a 0°C y el nivel del mar es de
1.01396 Bar y se le llama atmosférica normal.
Presión Manométrica (Pman).- Es la presión que indican los instrumentos de
medición de presiones, tomándose como presión relativa de un fluido en un
recipiente. Afectándole la presión del lugar donde se esta efectuando la medición.
Presión de Vacío.- Es la presión relativa negativa que es menor que la presión
atmosférica.
Presión de Vapor (Pv).- Es la presión a la que un líquido se evaporiza
rápidamente, desde luego con un calor adicional o al contrario, es la presión a la
cual el vapor a una temperatura dada se condensa a líquido si se quita calor, esta
presión depende de la temperatura.
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R
Red de distribución.- Conjunto de tuberías y accesorios que distribuyen el agua
generalmente desde el tanque de almacenamiento hasta la toma domiciliaria.
Resistencia de superficie.- Es el rozamiento influenciado por la viscosidad,
gravedad, asperezas de las paredes, tensión superficial y compresibilidad del
fluido.
S
Sistema de bombeo.- Acción o serie de acciones que nos permite conducir agua
de un nivel inferior (pozo) a un nivel superior (tanque de almacenamiento),
mediante un equipo de bombeo.
T
Temperatura (T).- Es el grado de calor de los cuerpos, que entre ciertos límites la
podemos apreciar por nuestros sentidos. Es importante señalar la temperatura de
un líquido a las condiciones de bombeo, puesto que la densidad de un líquido
cambia con la temperatura. Se muestra la escala de temperaturas.
Tubería.- Conjunto formado por tubos de unión o ensamble para fines de
conducción o distribución de agua en un sistema de agua.
V
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Válvula.- Accesorio que se utiliza en las redes de distribución para controlar el
flujo de agua.
Vida útil.- Es el lapso de tiempo en el cual se estima que el proyecto funcione
óptimamente, es decir en las condiciones eficientes y adecuadas.
Viscosidad.- Esta propiedad es la resistencia que el fluido presenta en un
movimiento cortante, es decir, un rozamiento interno.
Viscosidad Absoluta o dinámica (μ).- Es la resistencia opuesta por un fluido al
movimiento relativo de sus partes.
Viscosidad Cinemática .- Es el cociente de la viscosidad dinámica con respecto
a la densidad. Su expresión matemática es la siguiente.
Volumen Especifico (Vs).- El volumen especifico de un fluido es su volumen por
unidad de masa o el reciproco de la densidad absoluta. Su expresión matemática
es la siguiente.
1
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BIBLIOGRAFÍA
1. Apuntes de bombas y plantas de bombeo Autor: Ing. J. Santana Villarreal Reyes
2. Ingeniería de las bombas Centrifugas Horizontales.
Autor: Ing. Moisés Cendejas Negrete
3. Manual del Ingeniero Mecánico
Autor: Theodore Baumesister: Eugene A. Avallone.
Editorial: Mc Graw Hill
4. Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas
Autor: Claudio Mataix
Editorial: Harla
5. Bombas Centrifugas
Autor: Igor J. Karassik y Roy Cortes
Editorial: CNCNA
6. Bombas su selección y Aplicación
Autor: Tyler G. Hicks.
Editorial CECSA
7. Bombas Teoria, Diseño y Aplicaciones.
Autor: Ing. Manuel Viejo Zubicaray
Editorial: LIMUSA
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A N E X O S
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A-1 NOMENCLATURA
A Área
a Aceleración
C Constate
CDT Carga Dinámica Total
D, d Diámetro
E Empuje, energía, modulo de elasticidad
Ep, Ev, Ez Energía de presión, cinética y de posición
F Fuerza
g Aceleración de gravedad
gv Aceleración de gravedad normal o estándar.
H Altura total (constante de Bernoulli), Altura efectiva
(bomba)
Hb Altura bruta, altura suministrada por la bomba a un
fluido
Hd Altura dinámica
Hp Altura de presión
Hr Perdida por rozamiento
Hr-ext Perdidas exteriores a una maquina
Hrp Pérdidas primarias
Hrs Pérdidas secundarias
Hr1-2 Perdidas por rozamiento entre las secciones 1 y 2
Hs Altura de succión
K Coeficiente geométrico de un perfil, rugosidad absoluta
de una tubería.
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L, l Longitud
Le Longitud equivalente
m Masa
P Potencia
Ph Potencia hidráulica pérdida
Pa Potencia de accionamiento
Pe Potencia eléctrica
p Presión
pa Presión absoluta
patm Presión atmosférica
pr Presión relativa
pman Presión manométrica
pv Presión de vapor
ps Presión de saturación de vapor
Qt Caudal teórico
Re Número de Reynolds
SI Sistema Internacional de unidades
T Temperatura
t Tiempo
V Volumen
v Velocidad
Z Altura geodésica, coordenada de un punto
Q Caudal
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LETRAS GRIEGAS
α Aceleración
δ Densidad relativa
ε Coeficiente de rugosidad
λ Coeficiente de perdidas primarias
ξ Coeficiente de pérdidas secundarias
ξT Coeficiente total de pérdidas secundarias
ƒ Factor de fricción
η Viscosidad
ηh Rendimiento Hidráulico
μ Viscosidad cinemática
ρ Densidad absoluta
ρr Densidad relativa
π Pi (3.14.159)
Σ Sumatoria
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A-2 SIMBOLOGÍA
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A-3 DIAGRAMAS Y TABLAS
NOMOGRÁMA DE LONGITUDES EQUIVALÉNTES EN ACCESORIOS
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DIAGRAMA DE MOODY
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TABLA DE TUBERIAS COMERCIALES DE ACERO
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RUGOSIDAD RELATIVA
Rugosidad relativa (ε/D)
Material ε (mm) (con D = 260 mm)
Acero remachado 9.144 0.035121
Concreto 3.048 0.011707
Hierro fundido 0.25908 0.000995
Duelas de madera 0.18288 0.000702
Hierro galvanizado 0.1524 0.000585
Hierro fundido revestido en asfalto 0.12192 0.000468
Acero comercial 0.04572 0.000175
Tubo estirado 0.00152 0.000005
Rugosidad absoluta (ε)
PROPIEDADES DEL AGUA
Temperatura Viscosidad Modulo de elasticidad Densidad Peso especifico
(°C) cinematica (m²/s) volumetrica (Gpa) (Kg/m³) (N/m³)
5 1.520X10⁻⁵ 2.06 999.9 9807
10 1.308X10⁻⁵ 2.1 999.7 9804
15 1.142X10⁻⁵ 2.14 999 9798
20 1.007X10⁻⁵ 2.18 998.2 9789
25 0.897X10⁻⁵ 2.22 997 9778
30 0.804X10⁻⁵ 2.25 995.6 9764
35 0.727X10⁻⁵ 2.26 994.1 9749
40 0.661X10⁻⁵ 2.28 992.2 9730
50 0.556X10⁻⁵ 2.29 988.1 9690
RELACIÓN PARA CAUDAL Y DIAMETRO DE ADEME
Caudal Lps
Diámetro mínimo mm (pulg)
Diámetro recomendable mm (pulg)
2 - 4 152 (6”) 203 (8”)
5 – 12 203 (8”) 254 (10”)
13 – 31 254 (10”) 205 (12”)
32 – 60 305 (12”) 355 (14”)
61 – 110 355 (14”) 406 (16”)
REDISEÑO DE UN EQUIPO DE BOMBEO, CÁLCULO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
PARA ABASTECER DE AGUA POTABLE AL PUEBLO DE SAN JUAN ZITLALTEPEC, ZUMPANGO, ESTADO DE MÉXICO
RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ AARÓN - 106 -
LONGITUDES EQUIVALENTES A PERDIDAS LOCALES
Codo 90° Codo 90° Codo 90° Codo 45°
mm pulg Radio largo Radio medio Radio suave
13 1/2" 0.3 0.4 0.5 0.2
19 3/4" 0.4 0.6 0.7 0.3
25 1" 0.5 0.7 0.8 0.4
32 1 1/4" 0.7 0.9 1.1 0.5
38 1 1/2" 0.9 1.1 1.3 0.6
50 2" 1.1 1.4 1.7 0.8
63 2 1/2" 1.3 1.7 2 0.9
75 3" 1.6 2.1 2.5 1.2
100 4" 2.1 2.8 3.4 1.5
125 5" 2.7 3.7 4.2 1.9
150 6" 3.4 4.3 4.9 2.3
200 8" 4.3 5.5 6.4 3
250 10" 5.5 6.7 7.9 3.8
300 12" 6.1 7.9 9.5 4.6
350 14" 7.3 9.5 10.5 5.3
Diametro
Válvula Válvula Válvula Te Te
compuerta globo ángulo paso salida
mm pulg abierta abierta abierta directo lateral
13 1/2" 0.1 4.9 2.6 0.3 1
19 3/4" 0.1 6.7 3,6 0.4 1.4
25 1" 0.2 8.2 4,6 0.5 1.7
32 1 1/4" 0.2 11.3 5.6 0.7 2.3
38 1 1/2" 0.3 13.4 6.7 0.9 2.8
50 2" 0.4 17.4 8.5 1.1 3.5
63 2 1/2" 0.4 21 10 1.3 4.3
75 3" 0.5 26 13 1.6 5.2
100 4" 0.7 34 17 2.1 6.7
125 5" 0.9 43 21 2.7 8.4
150 6" 1.1 51 26 3.4 10
200 8" 1.4 67 34 4.3 13
250 10" 1.7 85 43 5.5 16
300 12" 2.1 102 51 6.1 19
350 14" 2.4 120 60 7.3 22
Diametro
REDISEÑO DE UN EQUIPO DE BOMBEO, CÁLCULO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
PARA ABASTECER DE AGUA POTABLE AL PUEBLO DE SAN JUAN ZITLALTEPEC, ZUMPANGO, ESTADO DE MÉXICO
RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ AARÓN - 107 -
Te Válvula Salida Válvula Válvula
Salida de de retención retención
mm pulg Bilateral pie tubería liviana pesado
13 1/2" 1 3.6 0.4 1.1 1.6
19 3/4" 1.4 5.6 0.5 1.6 2.4
25 1" 1.7 7.3 0.7 2.1 3.2
32 1 1/4" 2.3 10 0.9 2.7 4
38 1 1/2" 2.8 11.6 1 3.2 4.8
50 2" 3.5 14 1.5 4.2 6.4
63 2 1/2" 4.3 17 1.9 5.2 8.1
75 3" 5.2 20 2.2 6.3 9.7
100 4" 6.7 23 3.2 6.4 12.9
125 5" 8.4 30 4 10.4 16.1
150 6" 10 39 5 12.5 19.3
200 8" 13 52 6 16 25
250 10" 16 65 7.5 20 32
300 12" 19 78 9 24 38
350 14" 22 90 11 28 45
Diametro