Diseño del equipo de bombeo combinación de tanques

En las siguientes dispositivas se presenta un ejercicio donde se diseña el
equipo de bombeo (potencia de bomba y de motor) para un sistema tanque
bajo – bomba – tanque elevado.
Para la resolución del ejercicio se parte de que se conoce la altura de las
columnas que sostienen al tanque elevado, igualmente para el diseño de la
distribución del sistema que se está estudiando se debe revisar el del sistema
estanque elevado por gravedad.
La selección del equipo de bombeo se deja como tarea al estudiante,
para lo cual necesita buscar manuales de bombas disponibles en el mercado.
TANQUE BAJO - BOMBA- TANQUE ELEVADO
SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AGUAS BLANCAS

EJERCICIO: Determine la potencia del equipo de bombeo y del
motor requerido para suministrar agua a una edificación usando el
sistema tanque bajo – bomba - tanque elevado. La edificación tiene
3 pisos más planta baja con una altura de entrepiso de 2,70 m. El
tanque elevado tiene un área de 4m2, una altura útil de 1,8m y una
altura de volumen muerto de 0,15m, además, el fondo del tanque
tiene un espesor de 0,30m y la altura de las columnas que sostienen
el tanque es de 2m. El tanque subterráneo tiene una altura útil de
2,5m, una altura de cámara de aire de 0,15m y el espesor de la tapa
del tanque es de 0,25m. La vista del frente de la edificación y el
equipo de bombeo se muestran a continuación:

2m
2,7m
2,7m
2,7m
2,7m
1,5m
0,8m
0,30m
EDIFICACIÓN:
EQUIPO DE
BOMBEO:

Datos:
Edificación:
Número de Pisos= Tres (3) + Planta Baja
Altura de entrepiso= 2,70 m.
Estanque Elevado:
Área del Tanque Elevado= 4 m2
Altura útil=1,80 m.
Altura del Volumen Muerto= 0,15m.
Espesor del fondo del tanque= 0,30m.
Altura de las columnas que lo sostienen= 2m.
Estanque Bajo:
Altura útil= 2,5m.
Altura de cámara de aire= 0,15m.
Espesor de la tapa del tanque= 0,25m.

Para determinar la Potencia del Equipo de Bombeo, se utiliza la
siguiente ecuación:
Donde:
POTB: Potencia del Equipo de Bombeo (HP).
QB: Gasto de Bombeo (L/s).
HB: Carga de la Bomba (m).
Efic: Eficiencia de la Bomba.
(Va de 60 a 80%)

Para determinar la Potencia del Motor del Equipo de Bombeo, se
utilizan la siguiente ecuación:
Donde:
POTM: Potencia del Motor del Equipo de Bombeo (HP).
POTB: Potencia del Equipo de Bombeo (HP).
FM: Factor Multiplicador.
Para Motores Monofásicos FM= 1,5
Para Motores Trifásicos FM= 1,3
Nota: Si la carga de la bomba es hasta 2 HP, el motor es Monofásico

Gasto de Bombeo (QB):
Vol. Real de Agua E.E: Volumen real de agua del estanque Elevado
(m3).
Tll: Tiempo Máximo de Llenado (seg).
 Para un estanque elevado que se llena por bombeo el tiempo
máximo son 2 horas.

Volumen Real de Agua del Estanque Elevado:
Donde:
Área del E.E: Área del Estanque Elevado= 4m2
Alt. Útil: Altura útil del Estanque Elevado=1,80 m.
Alt. Vol. Muerto: Altura del Volumen Muerto= 0,15m.
Sustituyendo:
Vol. Real de Agua E.E= 7,80 m3
Volumen real de
agua

Gasto de Bombeo (QB):
QB= 1,08 L/s
Transformando de m3/h a Litros/s nos queda:
Con el QB calculado se diseña la aducción por bombeo:
SUCCIÓN DESCARGA
Diámetro (ø), Velocidad (V)y Pérdidas (J)
𝑄𝐵 =
7,80 𝑚3
2 ℎ
𝑄𝐵 = 3,9
𝑚3
ℎ
𝑥
1000𝑙
1𝑚3 𝑥
1ℎ
3600𝑠

Diámetro, velocidad y pérdida de la succión y la descarga:
Para determinar el diámetro se utilizan las Tablas del libro de
AGUA que hemos venido trabajando, para ello se necesita el valor
del QB el cual es 1,08 L/s y se ubica el valor de gasto de la tabla que
sea igual al de bombeo o inmediatamente superior, tomando el
diámetro mínimo como el diámetro de la descarga o impulsión y el
diámetro comercial inmediato superior a éste representa el diámetro
de la succión.
Diámetros comerciales en pulgadas: ¼, ½, ¾, 1, 1½, 2, 2½, 4, 6,
8,10,12.

Velocidad y Pérdida en la succión y la descarga:
Con QB= 1,08 L/s
ødescarga=1”
øsucción= 1 ½”
V=2,19 m/s
V=0,97 m/s
J=0,23 m/m
J=0,03 m/m
Para
tuberías
de PVC
C=140

Donde:
hs: Altura de Succión (m).
hd: Altura de Descarga (m).
hf: Pérdidas por Fricción en la Tubería (m).
hk: Pérdidas por Accesorios.
Prt :Presión requerida en el tanque (1-3 m.c.a).
Carga de la Bomba (HB):
𝐻𝐵 = ℎ𝑠 + ℎ𝑑 + ℎ𝑓 + ℎ𝑘 + 𝑃𝑟𝑡
5cm por encima
del volumen útil

Donde:
Alt. TB: Altura útil de Agua en el Tanque Bajo (m).
C.A: Altura de la Cámara de Aire (m).
Esp. de Tapa: Espesor de la Tapa del Tanque (m)
Sep. de la Bomba a Piso: Separación de la Bomba al Piso (m).
(mínimo 20 cm)
Dist. eje de la Bomba: Distancia al eje de la bomba (m)
(aproximadamente 10 cm)
Altura de Succión (hs):

Altura de Succión (hs):
(a) (b) (c) (d) (e)
hs
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Volumen útil

Donde:
Alt. Edif: Altura del Edificio(m).
Alt. De Columnas: Altura de las columnas que sostienen el Tanque
Elevado (m)
Esp. De losa de fondo: Espesor de la losa del fondo del tanque(m).
Alt. Vol. Muerto: Altura de Volumen Muerto del tanque elevado(m)
Alt. TE: Altura útil de Agua en el Tanque Elevado (m).
C.L. TE: Caída Libre en el Tanque Elevado (0,05m)
Sep. de la Bomba a Piso: Separación de la Bomba al Piso (m).
(Mínimo 20 cm).
Dist. eje de la Bomba: Distancia al eje de la bomba (m)
(aproximadamente 10 cm)
Altura de Descarga (hd):
hd= Alt. Edif. (Nº de Pisos * Altura Entrepiso) + Alt. Columnas + Esp. Losa de
Fondo + Alt. Vol. Muerto+ Alt. TE + C.L TE – Sep. De Bomba al Piso – Dist.
Eje de Bomba

(g)
(h)
(a)
hd
(b)
Altura de Descarga (hd):
(a) (b) (c) (d)
hd= Alt. Edif. + Alt. Columnas + Esp. Losa de Fondo + Alt. Vol. Muerto+ Alt.
útil TE + C.L TE – Sep. de Bomba al Piso – Dist. Eje de Bomba
(e) (f) (g) (h)
(d)
(e)
(f)
Estanque Elevado
(c)

Sustituyendo nos queda:
hs= (2,50 + 0,15 + 0,25 + 0,30) m
hd= 14,80 m
hd= ( (2,70 * 4) + 2 + 0,30 + 0,15 +1,80 + 0,05 – 0,30) m
hs= 3,20 m

Pérdida por Fricción en la Tubería (hf):
hf= hfsucción + hfdescarga
hfsucción= Jsucción * LTsucción
hfdescarga= Jdescarga * LTdescarga
Donde:
Jsucción , Jdescarga: Pérdida unitaria obtenida en el diseño de la
aducción por bombeo. (Diapositiva 12)
Ltsucción, Ltdescarga: Longitud total de tubería correspondiente
(succión o descarga).

1,5m
0,8m
0,30m
Pérdida por Fricción en la Tubería (hf):
Con: Jsucción= 0,03 m/m
Jdescarga= 0,23 m/m
Ltsucción= hs + 0,8 = 3,20 + 0,8 = 4,0 m.
Ltdescarga= hd + 1,5 = 14,80 + 1,5 = 16,30m
hfsucción= 0,03 m/m * 4,0 m
hfsucción= 0,12 m
hfsucción= 0,23 m/m * 16,30 m
hfdescarga= 3,749 m
hf= (0,12 + 3,749) m
hf= 3,869 m
Tubería de
succión
Tubería de
descarga

Pérdida por Accesorios (hk):
Se utiliza el método de longitud equivalente
hk= hksucción + hkdescarga
hKsucción= Jsucción * LEsucción
hkdescarga= Jdescarga * LEdescarga
Donde:
Jsucción , Jdescarga: Pérdida unitaria obtenida en el diseño de la
aducción por bombeo (m/m). (Diapositiva 12)
LETsucción, LETdescarga: Longitud Equivalente Total para los
accesorios correspondiente (succión o descarga) en metros.

Pérdida por Accesorios (hk):
Para determinar la Longitud Equivalente Unitaria para cada
accesorio correspondiente (succión o descarga), se usa la siguiente
tabla:
ACCESORIO
CANTIDAD LONG.EQUIV.UNIT. LONG.EQUIV.TOTAL
SUCCIÓN DESCARGA SUCCIÓN DESCARGA SUCCIÓN DESCARGA
Te
Codo
Válvula Compuerta
Válvula de Retención
TOTAL
TABLA1

Descripción de la Tabla:
La Columna 1, representa los accesorios que se evalúan en el
recorrido crítico. La columna 2 y 3, representa la cantidad de
accesorios presentes tanto en la succión como la descarga. La
columna 4 y 5, indican la longitud equivalente de acuerdo al diámetro
y al tipo de accesorio ubicado en la succión y descarga (Tabla 2). Y
la columna 6 y 7 es la longitud equivalente total en la succión y la
descarga y se obtiene del producto de la cantidad de accesorio por su
longitud equivalente correspondiente.

Tabla 2
Fuente: Libro de Agua.Arq. Luis López

Para llenar la Tabla 1 se utiliza el detalle del equipo de bombeo
y se selecciona el recorrido crítico, el cual viene representado por el
recorrido más largo y que pase por más accesorios

Conociendo el Recorrido Crítico del Equipo de Bombeo, se
determinan la cantidad de accesorios presente tanto en la succión como
en la descarga. Con los correspondientes diámetros de la aducción por
bombeo se ubica en la tabla 2 las respectivas longitudes equivalentes
de cada accesorio, quedando de la siguiente manera:
ødescarga=1”
øsucción= 1 ½”

Conociendo el Recorrido Crítico del Equipo de Bombeo para
determinar la cantidad de los accesorios y sus respectivas longitudes
equivalentes se procede a llenar la Tabla 1, quedando de la siguiente
manera:
ACCESORIO
CANTIDAD LONG.EQUIV.UNIT.(m) LONG.EQUIV.TOTAL (m)
SUCCIÓN DESCARGA SUCCIÓN DESCARGA SUCCIÓN DESCARGA
Te
4 6 1,34 0,85 5,36 5,10
Codo
2 2 0,85 0,52 1,70 1,04
Válvula Compuerta
2 2 0,27 0,16 0,54 0,32
Válvula de Retención
0 1 3,50 2,00 0 2,00
TOTAL 7,60 8,46
TABLA1

Con los resultados obtenidos en la tabla 1 de las longitud
equivalentes totales se calcula las pérdidas por accesorios como se
indica en la diapositiva 20, quedando entonces:
Con: Jsucción= 0,03 m/m
Jdescarga= 0,23 m/m
LEtsucción= 7,60 m
LETtdescarga= 8,46 m
hksucción= 0,03 m/m * 7,60 m hksucción= 0,228 m
hksucción= 0,23 m/m * 8,46 m hkdescarga= 1,9458 m
hk= (0,228 + 1,9458) m
hk= 2,1738 m

Conocidas las variables involucradas en la carga de la bomba se
continúa con el cálculo de la misma, utilizando la ecuación planteada
anteriormente en la diapositiva 12:
Donde:
hs= 3,20 m.
hd= 14,80 m
hf= 3,87 m
hk= 2,17 m
Prt= 1,0 m
HB = ( 3,20 + 14,80 + 3,87 + 2,17+1,0) m
HB = 25,04 m
𝐻𝐵 = ℎ𝑠 + ℎ𝑑 + ℎ𝑓 + ℎ𝑘 + 𝑃𝑟𝑡

Finalmente se calcula la Potencia de la bomba, utilizando una
eficiencia del 75%, quedando entonces:
Donde:
QB:= 1,08 L/s.
HB:= 25,04 m
Efic: = 75% = 0,75
POTB= 0,48 HP
POTB= ½ HP
𝑃𝑜𝑡 𝐵 =
1,08
𝐿
𝑠
𝑥 25,04𝑚
75 𝑥 0,75

Potencia del Motor:
Donde:
POTB= ½ HP.
FM= Como POTB es menor a 2 HP el motor es monofásico
por lo tanto el Factor Multiplicador = 1,5.
POTM= ½ HP * 1,5
POTM= 0,75 HP
POTM= ¾ HP

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