DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES PARA EL PROYECTO
“MEJORAMIENTO Y AMPLIACIÓN DE LA
Proyecto:
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)
PUCHUKOLLO - EL ALTO”
CONTRATO UCP-PSLT No.69
Financiado por:
BANCO INTERAMERICANO DE DESARROLLO
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y AGUA
Empleador:
UNIDAD COORDINADORA DEL PROGRAMA (UCPPAAP)
EPSAS
Ingeniero:
EMPRESA PUBLICA Y SOCIAL DE AGUA Y
SANEAMIENTO
Contratista:
Asociación Accidental "PFEIFFER-EMIT"
Volumen
06
Libro
01
Título del documento:
Memoria de Cálculo de Bombas Sumergibles - Tratamiento
Preliminar
Nº de documento:
E
5ta Revisión
D
4ta Revisión
C
3ra Revisión
B
2da Revisión
A
Rev.
07.2021
Fecha
BO802-LP-MEC-06.1-03
BO802-LP-MEC-06.1-03
1ra Revisión
Descripción
R. M.
N. V.
A. Sgorbini
Preparado
Revisado
Aprobación
TABLA DE CONTENIDO
1
2
GENERAL......................................................................................................................... 3
1.1
OBJETIVO ............................................................................................................... 3
1.2
ALCANCE ................................................................................................................ 3
NORMAS Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA ............................................................. 3
2.1
NORMAS ................................................................................................................. 3
2.2
DOCUMENTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO ............................................ 4
3
CONSIDERACIONES GENERALES ............................................................................... 4
4
METODOLOGIA ............................................................................................................... 5
5
RESULTADOS ................................................................................................................. 6
5.1
5.2
CALCULO BOMBAS: 03-SCP-01/02/03 .................................................................. 6
5.1.1
CALCULO DE DIAMETRO MINIMO TEORICO .......................................... 6
5.1.2
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA ....................................................... 6
CALCULO BOMBAS: 65-SCP-01/02/03 .................................................................. 8
5.2.1
CALCULO DE CALCULO DE DIAMETRO MINIMO TEORICO .................. 8
5.2.2
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA ....................................................... 9
6
RESUMEN DE RESULTADOS ...................................................................................... 11
7
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 12
8
ANEXOS ......................................................................................................................... 13
BO802-LP-MEC-06.1-03
1 GENERAL
1.1
OBJETIVO
El objetivo del presente documento es dimensionar las bombas sumergibles que serán instaladas
en el Proyecto: “MEJORAMIENTO Y AMPLIACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES (PTAR) PUCHUKOLLO - EL ALTO”.
1.2
ALCANCE
El alcance del presente documento se limita a realizar:
•
Calculo de diámetro mínimo teórico de la línea de descarga de las bombas
•
Determinación de las perdidas por fricción en las líneas de descarga de las bombas
•
Dimensionamiento de las bombas
que se instalaran en:
▪
Edificio 3 – DESARENADOR Y DESENGRASADOR AIREADOS
▪
Edificio 65 - ESTACION DE BOMBEO DE CLASIFICADORES DE ARENA
(Tratamiento preliminar) del Proyecto “MEJORAMIENTO Y AMPLIACIÓN DE LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR) PUCHUKOLLO - EL ALTO”.
2 NORMAS Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA
2.1
NORMAS
Las Normas utilizadas seguirán el siguiente orden de prelación:
1) Estándares aplicables de: American Petroleum Institute (API).
2) Estándares aplicables de: American National Standards Institute (ANSI).
3) Estándares aplicables de: Hidraulic Institute (HI).
Este listado de normas internacionales es una muestra no limitativa de las normas internacionales
más usadas y relevantes.
BO802-LP-MEC-06.1-03
REFERENCIA
Recommended Practice for Design and Instalation of
API 14E
Offshore Production Platform Piping System
API RP 540
ANSI/HI 9.6.6
2.2
TITULO
Electrical Installations in Petroleum Processing Plants
Rotodynamic Pumps for Pump Piping
DOCUMENTOS DE REFERENCIA DEL PROYECTO
3
No.
REFERENCIA
DESCRIPCIÓN
1
BO802-LP-PRO-07.1
2
BO802-LP-PRO-PID-001
3
BO802-LP-MEC-003-001
4
BO802-LP-CIV-003-001
5
BO802-LP-MEC-065-001
6
BO802-LP-CIV-065-001
INFORME FINAL DE DISEÑO DE PROCESO –
TRATAMIENTO PRELIMINAR Y PRIMARIO
PLANTA DE TRATAMIENTO EN PUCHUKOLLO DIAGRAMA P&I TRATAMIENTO PRELIMINAR &
PRIMARIO
DESARENADOR Y DESENGRASADOR AIREADOS
DESARENADOR AIREADO Y CAMARA DE GRASA
CLASIFICADOR DE ARENA CON ESTACION DE
BOMBEO
CLASIFICADOR DE ARENA CON ESTACION DE
BOMBEO
CONSIDERACIONES GENERALES
•
Condiciones de instalación
Tabla 3-1 Condiciones para la instalación de bombas
Ítem
Localidad
El Alto - Puchukollo
Altitud
3920 msnm
Presión atmosférica
62.29 kPa a
Temperatura
•
Descripción
15 °C
Los caudales de operación para las bombas están determinados en el informe DISEÑO DE
PROCESO – TRATAMIENTO PRELIMINAR Y PRIMARIO y resumidos en la Tabla 3-2
BO802-LP-MEC-06.1-03
Tabla 3-2 Flujo Volumétrico en bombas sumergibles, Tratamiento Preliminar
Edificio
Edificio 3
Edificio 65
•
Tag Bomba
Flujo
Volumétrico
03-SCP-01
60 m3/h
03-SCP-02
60 m3/h
03-SCP-03
60 m3/h
65-SCP-01
75 m3/h
65-SCP-02
75 m3/h
65-SCP-03
75 m3/h
La bomba funcionara de manera discontinua por lo tanto se utiliza un factor de servicio igual
a 1.0.
•
El contenido de arena será de 1 % (m/m)., por tanto, para efectos de cálculo se considerará
el fluido como agua.
4
METODOLOGIA
Para el cálculo del volumen a descargar de la bomba, de acuerdo a las condiciones operativas de
paro y arranque de las bombas (Tabla 3-2) y se adoptarán las dimensiones internas de los edificios
donde serán instaladas.
Para la línea de succión y descarga se calculará el diámetro mínimo teórico que cumpla con las
recomendaciones dadas por la ANSI/HI 9.6.6-2009., “la velocidad máxima en cualquier punto a la
entrada de la bomba (succión) será de 2.4 m/s (8 ft/s). “la velocidad máxima en cualquier punto a
la salida de la bomba (descarga) será de 4.5 m/s (15 ft/s).
Se empleará la fórmula de la API 14E (Figura 4-1) para la verificación de la velocidad, así como
herramientas informáticas adicionales para corroborar los resultados.
Figura 4-1 Criterio de verificación de velocidad.
BO802-LP-MEC-06.1-03
5
RESULTADOS
5.1 CALCULO BOMBAS: 03-SCP-01/02/03
5.1.1
CALCULO DE DIAMETRO MINIMO TEORICO
De acuerdo a los parámetros mencionados anteriormente se obtienen los siguientes resultados:
Succión: Velocidad máxima 8 ft/s (La tubería de succión es provista por el fabricante de la bomba
y este cálculo solo es de importancia para el cálculo del NPSHA).
Diámetro asumido: NPS 4” (diámetro interno a SCH-40 = 4.026”).
Caudal mínimo 60 m3/h (264 GPM), equivalentes a 9057 BPD.
Criterio:
Velocidad (V1)
6.70 (ft/s)
2.04 (m/s)
Descarga: Velocidad máxima 15 ft/s
Diámetro asumido: NPS 3” (diámetro interno a SCH-40 = 3.068”)
Caudal mínimo 60 m3/h (264 GPM), equivalentes a 9057 BPD.
Criterio:
Velocidad (V2)
5.1.2
11.55 (ft/s)
3.52 (m/s)
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA
Para la línea de succión, se tomará el diámetro evaluado en el punto 5.1.1 CALCULO DE
DIAMETRO MINIMO TEORICO, NPS 4”, SCH-40.
Para la línea de descarga, se tomará el diámetro evaluado en el punto 5.1.1 CALCULO DE
DIAMETRO MINIMO TEORICO, NPS 4”, SCH-40.
Para el punto de descarga se considera la disposición final a la CLASIFICADORA DE ÁRENA (65WSC-01/02/03) y la presión de salida del sistema a presión manométrica 0 kPa g.
BO802-LP-MEC-06.1-03
Dados los criterios se tiene los siguientes datos (Tabla 5-1) para realizar la simulación para el
cálculo de caída de presión:
Tabla 5-1 Datos de operación para bombas sumergibles
Fluido
Agua
Caudal (Q1), m3/h
60.0
Presión de vapor, kPa
1.71
Presión inicial (PINICIAL), kPa a
62.29
Presión final (PFINAL), kPa a
62.29
Eficiencia de bomba (hpump), -
63%
Cálculo de cabeza total dinámica HR
De acuerdo al esquema mostrado (Figura 5-1), se define los niveles topográficos para evaluar la
cabeza total dinámica.
Figura 5-1 Dimensiones para Sistema de bombeo
HR
Calculo NPSHA
Donde:
BO802-LP-MEC-06.1-03
1.48 m
HSP = Presión absoluta estática (presión atmosférica) = 62.29 kPa
Hs = Carga de altura desde el nivel más bajo hasta la succión de la bomba = 6.98 m (Succión
positiva).
Hp = Carga de pérdida por fricción en tubería = 0 m (Succión directa).
Hv = Presión de vapor del fluido (15 °C) = 0.17 m.
NPSHA
13.19 m
Cálculo de potencia hidráulica (PPUMP)
Donde
rW = Densidad del agua = 999.1 kg/m3
Q1 = Flujo volumétrico = 0.01667 m3/s
HR = Cabeza total dinámica = 1.48 m
PPUMP
241.0 W
0.32 HP
383.7 W
0.51 HP
Cálculo de potencia real (BHP)
Donde:
PPUMP = Potencia hidráulica = 241 W
hpump = Eficiencia = 63%
BHP
5.2 CALCULO BOMBAS: 65-SCP-01/02/03
5.2.1
CALCULO DE DIAMETRO MINIMO TEORICO
De acuerdo a los parámetros mencionados anteriormente se obtienen los siguientes resultados:
Succión: Velocidad máxima 8 ft/s (La tubería de succión es provista por el fabricante de la bomba
y este cálculo solo es de importancia para el cálculo del NPSHA).
BO802-LP-MEC-06.1-03
Diámetro asumido: NPS 5” (diámetro interno a SCH-40 = 5.047”).
Caudal mínimo 75 m3/h (330 GPM), equivalentes a 11322 BPD.
Criterio:
Velocidad (V1)
5.33 (ft/s)
1.63 (m/s)
Descarga: Velocidad máxima 15 ft/s
Diámetro asumido: NPS 3” (diámetro interno a SCH-40 = 3.068”)
Caudal mínimo 75 m3/h (330 GPM), equivalentes a 11322 BPD.
Criterio:
Velocidad (V2)
5.2.2
14.43 (ft/s)
4.39 (m/s)
DIMENSIONAMIENTO DE LA BOMBA
Para la línea de succión, se tomará el diámetro evaluado en el punto 5.2.1 CALCULO DE
DIAMETRO MINIMO TEORICO, NPS 5”, SCH-40.
Para la línea de descarga, se tomará el diámetro evaluado en el punto 5.2.1 CALCULO DE
DIAMETRO MINIMO TEORICO, NPS 5”, SCH-40.
Para el punto de descarga se considera la disposición final a la CLASIFICADORA DE ÁRENA (65WSC-01/02/03) y la presión de salida del sistema a presión manométrica 0 kPa g.
Dados los criterios se tiene los siguientes datos (Tabla 5-2) para realizar la simulación para el
cálculo de caída de presión:
Tabla 5-2 Datos de operación para bombas sumergibles
BO802-LP-MEC-06.1-03
Fluido
Agua
Caudal (Q1), m3/h
75.0
Presión de vapor, kPa
1.71
Presión inicial (PINICIAL), kPa a
62.29
Presión final (PFINAL), kPa a
62.29
Eficiencia de bomba (hpump), -
63%
Cálculo de cabeza total dinámica HR
De acuerdo al esquema mostrado (Figura 5-2), se define los niveles topográficos para evaluar la
cabeza total dinámica.
Para la transferencia desde la estación de bombeo de los clasificadores de arena hasta el canal de
descarga se debe bombear 150 m3/h. Esta capacidad será dividida para la operación con 2 bombas
en paralelo y la tercera bomba será la bomba auxiliar.
Figura 5-2 Dimensiones para Sistema de bombeo
HR
5.61 m
Calculo NPSHA
Donde:
HSP = Presión absoluta estática (presión atmosférica) = 62.29 kPa
BO802-LP-MEC-06.1-03
Hs = Carga de altura desde el nivel más bajo hasta la succión de la bomba = 2.18 m (Succión
positiva).
Hp = Carga de pérdida por fricción en tubería = 0 m (Succión directa).
Hv = Presión de vapor del fluido (15 °C) = 0.17 m.
NPSHA
8.39 m
Cálculo de potencia hidráulica (PPUMP)
Donde
rW = Densidad del agua = 999.1 kg/m3
Q1 = Flujo volumétrico = 0.02083 m3/s
HR = Cabeza total dinámica = 5.61 m
PPUMP
1144.98 W
1.54 HP
1817.42 W
2.44 HP
Cálculo de potencia real (BHP)
Donde:
PPUMP = Potencia hidráulica = 1120.5 W
hpump = Eficiencia = 63%
BHP
6
RESUMEN DE RESULTADOS
De acuerdo a la evaluación, los cálculos fueron realizados para la bomba más crítica y esas
características serán las que se definan para la estación de bombeo correspondientes a cada
edificio.
BO802-LP-MEC-06.1-03
Tabla 6-1 Resumen de resultados para bombas de edificio 3 y 65 respectivamente
Edificio 3 - DESARENADOR Y DESENGRASADOR AIREADOS
03-SCP-01/02/03
Resultados
Diámetro de líneas de succión y descarga de bomba
Succión
Descarga
N/A
3” SCH-40
60.0 m3/h
Flujo volumétrico a descargar
Cabeza total dinámica
1.48 m
NPSHA
13.19 m
Potencia hidráulica
241.0 W
Potencia Real
383.7 W
Edificio 65 - ESTACION DE BOMBEO DE CLASIFICADORES DE ARENA
65-SCP-01/02/03
Resultados
Diámetro de líneas de succión y descarga de bomba
Flujo volumétrico a descargar
7
Succión
Descarga
N/A
3” SCH-40
75.0 m3/h
Cabeza total dinámica
5.61 m
NPSHA
8.39 m
Potencia hidráulica
1144.9 W
Potencia Real
1817.4 W
CONCLUSIONES
De acuerdo a los cálculos realizados:
Bombas 03-SCP-01/02/03
•
El caudal de descarga de cada bomba es de 60.0 m3/h.
•
Se deberá seleccionar una bomba que tenga una potencia mayor o igual a 0.51 HP.
Bombas 65-SCP-01/02/03
BO802-LP-MEC-06.1-03
8
•
El caudal de descarga de cada bomba es de 75.0 m3/h.
•
Se deberá seleccionar una bomba que tenga una potencia mayor o igual a 2.44 HP.
ANEXOS
Anexo I: Reporte de cálculo de bombas sumergibles
BO802-LP-MEC-06.1-03
ANEXO I
REPORTE DE CALCULO DE BOMBAS
SUMERGIBLES
BO802-LP-MEC-06.1-03