Diseño De Reservorios Para Agua Potable

Guías para el diseño de estaciones de bombeo de agua potable

1. Objetivo

El presente documento tiene como objetivo fijar parámetros y establecer criterios, que sirvan como guía para diseñar estaciones de bombeo de agua potable para poblaciones rurales hasta 2000 habitantes.

2. Requisitos previos

Para diseñar una estación de bombeo de agua potable, previamente se deben conocer los siguientes aspectos:

- Fuente de abastecimiento de agua: superficial (cisterna de agua) o subterránea (pozo perforado).

- Lugar a donde se impulsará el agua: reservorio de almacenamiento o la red de distribución.

- Consumo de agua potable de la población y sus variaciones.

- Población beneficiada por el proyecto: actual y futura.

- Características geológicas y tipo de suelo del área de emplazamiento de la cámara de bombeo.

- Nivel de conocimiento de la población de operara el sistema.

3. Estaciones de bombeo

Las estaciones de bombeo son un conjunto de estructuras civiles, equipos, tuberías y accesorios, que toman el agua directa o indirectamente de la fuente de abastecimiento y la impulsan a un reservorio de almacenamiento o directamente a la red de distribución.

3.1 Elementos de las estaciones de bombeo

Los componentes básicos de una estación de bombeo de agua potable son los siguientes:

- Caseta de bombeo.

- Cisterna de bombeo.

- Equipo de bombeo.

- Grupo generador de energía y fuerza motriz.

- Tubería de succión.

- Tubería de impulsión.

- Válvulas de regulación y control.

- Equipos para cloración.

- Interruptores de máximo y mínimo nivel.

- Tableros de protección y control eléctrico.

- Sistema de ventilación, natural o mediante equipos.

- Área para el personal de operación.

- Cerco de protección para la caseta de bombeo

3.2 Ubicación de la estación de bombeo

La ubicación de la estación de bombeo debe ser seleccionada de tal manera que permita un funcionamiento seguro y continuo, para lo cual se tendrá en cuenta los siguientes factores:

- Fácil acceso en las etapas de construcción, operación y mantenimiento.

- Protección de la calidad del agua de fuentes contaminantes.

- Protección de inundaciones, deslizamientos, huaycos y crecidas de ríos.

- Eficiencia hidráulica del sistema de impulsión o distribución.

- Disponibilidad de energía eléctrica, de combustión u otro tipo.

- Topografía del terreno.

- Características de los suelos.

Equipos de bombeo:

En la selección de las bombas se deben tener en cuenta los siguientes factores:

- Operación en serie o en paralelo

- Tipo de bombas

- Número de unidades

- Capacidad de las unidades

- Eje horizontal o vertical

- Succión única o doble

- Tipo de impulsores

- Características del arranque y puesta en marcha

- Posibles variaciones de la altura de succión

- Flexibilidad de operación

- Curvas características y modificadas de las bombas

- N.P.S.H disponible y requerido

- Golpe de ariete

- Las unidades de bombeo (incluyendo el equipo auxiliar) deben tener una capacidad lo suficientemente amplia, en cuanto al número de unidades que permitan la reparación al menos de una unidad sin serias reducciones en el servicio.

- La carga total dinámica en todas las estaciones de bombeo, cuando éstas trabajen en serie se dividirá en partes iguales y de acuerdo a las presiones mínimas y máximas. De tal forma que cada estación trabaje a la misma capacidad, con el motivo de normalizar los tipos de equipos a instalar.

- Se proyectaran dos unidades como mínimo, siendo una de reserva

- Para facilidad de mantenimiento cuando se proyecten 3 o más unidades se recomienda que las bombas sean de igual capacidad.

- Velocidades recomendadas: la velocidad más adecuada es de 1760 revoluciones por minuto (RPM) sólo que no sea posible conseguir ésta se recomienda usar 2900 y 3450 RPM

3.6 Número de unidades de bombeo

Depende del caudal de bombeo y de sus variaciones, además, de la necesidad de contar de equipos de reserva para atender situaciones de emergencia.

En situaciones donde se requiere solo un equipo de bombeo, es recomendable

instalar uno idéntico de reserva, estableciendo un coeficiente de seguridad del 200%; pero si el tamaño de los equipos resulta muy grande, es recomendable incrementar el número de ellos, estableciendo coeficientes de seguridad menores, pero mayores alternativas y menores costos de operación. En tales casos puede admitirse hasta 150% como coeficiente de seguridad de los equipos.

Tipos de bombas

Las bombas más frecuentemente usadas en el abastecimiento de agua son las bombas centrifugas, horizontales y verticales, y las bombas sumergibles. El proyectista de acuerdo a las características del proyecto, seleccionará el tipo de bomba más adecuada a las necesidades del mismo

3.7.1 Bombas centrifugas horizontales

Son equipos que tienen el eje de transmisión de la bomba en forma horizontal. Tienen la ventaja de poder ser instaladas en un lugar distinto de la fuente de abastecimiento, lo cual permite ubicarlas en lugares secos, protegidos de inundaciones, ventilados, de fácil acceso, etc.

Este tipo de bomba se debe emplear en cisternas, fuentes superficiales y embalses.

Por su facilidad de operación y mantenimiento es apropiado para el medio rural. Su bajo costo de operación y mantenimiento es una ventaja adicional.

Se pueden clasificar, de acuerdo a la posición del eje de la bomba con respecto al nivel del agua en la cisterna de bombeo, en bombas de succión positiva y bombas de succión negativa. Si la posición del eje está sobre la superficie del agua, la succión es positiva y en la situación inversa la succión es negativa (véase figura 4).

La mayor desventaja que presentan estas bombas es la limitación en la carga de succión, ya que el valor máximo teórico que alcanza es el de la presión atmosférica del lugar (10,33 m. a la altura del mar), sin embargo, cuando la altura de succión es de 7 metros la bomba ya muestra deficiencias de funcionamiento.

De acuerdo a las variantes constructivas, estos equipos se pueden clasificar en los siguientes:

Bombas Monobloc

Son equipos sencillos que forman un conjunto compacto son su electromotor.

Tienen una caja compacta integral, en los tamaños pequeños, y/o partida verticalmente en los de gran tamaño. La succión es axial y la descarga tangencial. Los modelos pequeños tienen conexión de succión y descarga roscada y los modelos más grandes, a bridas. Tienen dos impulsores cerrados que pueden trabajar en serie o en paralelo (véase figura 5). Este tipo de bombas es adecuado para pequeñas instalaciones, cuya potencia no sea mayor a 10 HP.

Bombas de silla

Son equipos algo más complicados por que tienen cuatro partes distintas:

a) La carcasa de la bomba, sujeta en voladizo a un soporte especial o silla, que a su vez sirve de soporte al eje de la bomba.

b) Un motor eléctrico.

c) Una base metálica común.

d) Un acoplamiento elástico para los ejes.

Estas bombas también tienen dos impulsores, que pueden ser iguales o diferentes y trabajar en serie o en paralelo (véase figura 6).

Bombas de caja partida horizontal

En estos equipos la caja de la bomba está dividida en dos partes según un plano horizontal que pasa por el eje de la misma. Generalmente son construidas de tamaño grande. Pueden tener dos o más impulsores, pero por lo general tienen solo uno de gran tamaño y de doble entrada, lo que obliga a bifurcar tanto la conexión de la succión como la descarga (véase figura 7). Este tipo de bombas es adecuado para emplearlas en medias y grandes casetas de bombeo.

3.7.2 Bombas centrifugas verticales

Son equipos que tienen el eje transmisión de la bomba en forma vertical sobre el cual se apoya un determinado número de impulsores que elevan el agua por etapas. Deben ubicarse directamente sobre el punto de captación, por lo cual casi se limita su uso a pozos profundos.

Estas bombas se construyen de diámetros pequeños, a fin de poder introducirlas en las perforaciones de los pozos, los cuales exigen diámetros pequeños por razones de costo. Una unidad de bombeo de un pozo consta seis partes principales, que son: a) la máquina motriz, b) el cabezal de transmisión, c) eje de transmisión, d) la columna o tubería de impulsión, e) la bomba, y f) la tubería de succión (véase figura 8).

De acuerdo al tipo de lubricación del eje de transmisión de la bomba, pueden ser de dos tipos: lubricadas con el mismo líquido que se bombea y lubricadas con aceite.

Los motores eléctricos para montaje vertical y, sobretodo, los especiales llamados

de eje hueco, son los más utilizados para accionar este tipo de bombas. La ventaja principal de estos equipos es su versatilidad y su capacidad para trabajar en un amplio rango de velocidades. Entre sus desventajas están lo ruidosas que son y la estricta verticalidad que exige a los pozos para su instalación.

Los costos de instalación de este tipo de bombas son menores a los demandados por la instalación de una bomba de eje horizontal; sin embargo, la operación y mantenimiento exige cuidado especial y mayores costos.

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