Sistemas de bombeo

SISTEMAS DE BOMBEO
Característica s y Dimensionamiento
Por: J. W. J. de Wek k er V.
Charla dictada en la Universidad Católica Andrés Bello.
Junio.2004
SIST EM A S DE BOM BEO DE TA NQUE A TA NQUE
Est e siste ma co nsiste por e je mp lo e n u n ta nqu e e levad o e n la azotea de l e dif icio ; con una a ltura que per mita la presió n de agua esta blecida seg ún las nor mas sobre la pieza mas desf avorable.
Desde el tan que elevado se h ace d escender una tu ber ía vertica l d e la cu al surgirá para cada
piso, una ra mif icación a los apart a me ntos correspon dientes al mis mo, d ánd ose de esta f or ma
el su ministro por grave dad. Est e siste ma re quiere de l estud io de las presiones de cad a piso,
asegurán dose con este q ue las mis mas n o sobrep asen los valores ad ecuados.
En la part e inf erior d e la ed if icación existe un ta nqu e, el cual pu ede ser sup erf icial, se mi su bterráneo o subterrá neo y en el que se almacenará el agu a que llega de l ab astecimien to p úblico. Desd e este tan que un nú mero d e b o mb as estab lecido (casi s ie mpre u na o dos), co nectadas e n para le lo imp ulsará n e l ag ua a l t anq ue e levad o.
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CONSI DERACI ONES GENERAL ES PA RA EL CALC UL O
El cá lculo d el siste ma d e b o mb eo de tanq ue a t anq ue re quiere d e d os pasos previos, de l cá lculo de la dotac ión d iaria (y caudal de b o mb eo) y de la carga diná mica tot al de b o mb eo. Sin
e mbarg o se h ace necesar io la co ordin ació n de algun os pará metros, los cua les se exp lica n en
los párraf os sigu ien tes:
• Cuand o f uere necesario e mp le ar una co mb inación de ta nqu e bajo, bo mba de elevació
n y estanque eleva do, d eb ido a presió n insuf icie nte en e l acued ucto pú blico, y/o a int
e- rrupciones de servicio f recuentes, e l volu men ut ilizab le de l estanq ue ba jo no será
me- nor de las dos terceras (2/ 3) part es de la d otación diaria y e l vo lu men utiliza ble d el
es- tanqu e e levad o no será me nor d e la tercera (1/ 3) part e de dich a do tació n.
• La tu ber ía de aducció n d esde e l abastecimiento pú blico h asta los estan ques de a lmacena mient o, deber á ca lcularse para su ministrar el consu mo t ota l diar io de la ed if icación en un t ie mpo no mayor de cuatr o (4) horas, tenie ndo co mo base la presión de
sumin istro, d iá metro y recorrido d e la ad ucción.
• La tu ber ía de bo mbe o e ntre un estanq ue bajo y e l eleva do deb erá ser ind epe ndient e d e
la tub er ía de d istribuc ión, ca lculá ndose e l diá me tro para qu e pue da llen ar el estan que
elevad o e n u n máximo d e d os (2) hor as, previend o en esta qu e la ve locid ad esté co mprend ida entre 0.60 y 3.00 m/seg .
• Los d iá metros d e la tuber ía d e impuls ión de las bo mbas se d eter minará n en f unción de l
gasto d e bo mbe o, p udiend o seleccionarse co nf orme a la sigu ient e ta bla
• Pued e estimarse e l d iá metro de la tu ber ía de succión, ig ua l a l diá metro in me diata ment
e superior a l d e la tu ber ía de imp ulsión, ind icad a en la tab la anter ior.
• En la tub ería de imp ulsión e in med iata men te desp ués de la bo mba , deb erán instalarse
una vá lvula de re tención y u na llave de co mpu erta.
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• En el caso de que la tuber ía de succión no traba je ba jo carga (succión nega tiva), deb erá insta larse u na vá lvula de pie en su extre mo, p ara preve nir el descebad o d e las
bo mb as.
• La capacidad de l siste ma de bo mbeo deb erá ser dise ñado de maner a ta l, qu e per mit a
el lle nar e l esta nqu e e levado en un t ie mpo no mayor de dos (2) h oras.
• Sie ndo la A ltura Din á mica Tota l d e bo mbe o A DT la resultant e de la su mat oria de:
1. Dif erencia de cotas e ntre el sit io de co locación de la válvu la de pie y la cota superior d el agu a en el tan que elevado.
2. Las f ricciones ocurridas en la succión de la bo mba, descarga d e la mis ma y
mont ante hasta el t anq ue e leva do.
3. Pr esión resid ual a la d escarga de l ta nqu e e levad o (±2. 00 a 4.0 0 m.).
• Nota: La selección de los equ ipos de bo mbe o deb erá hacerse en base a las curvas características de los mis mos y de acuerd o a las cond icio nes de l siste ma de d istrib ució n.
DIM ENSI ONAM I ENT O DE LAS BOM BA S Y M OT ORES
La po tencia de la bo mba podrá calcu larse por la f ór mu la sigu ient e:
Q (lps)* H ( metros)
CV = ------------------------75 * (n%/1 00)
en do nde:
CV
=
Q
=
ADT =
n
=
Pote ncia d e la bo mba e n cab allos de vapor (para caballos de f uerza usar una
constante de 7 6 en lu gar d e 75).
Capacidad de la b o mba.
Carga t otal de la bo mba.
Rend imient o de la bo mba, qu e a los ef ectos de l cálcu lo t eórico se estima e n 6 0%.
Los motores eléctricos que accio nan las bo mbas de berán ten er u n marge n d e seg urid ad que
las per mita cierta to lerancia a la so brecarga y d eberá preverse los sigu ien tes már genes::
•
•
•
•
•
50% apr ox. para
30% apr ox. para
20% apr ox. para
15% apr ox. para
10% apr ox. para
pote ncia
pote ncia
pote ncia
pote ncia
pote ncia
de
de
de
de
de
la b o mba h asta u nos 2 HP.
la b o mba h asta u nos 2 a 5 HP.
la b o mba h asta u nos 5 a 10 HP.
la b o mba h asta u nos 10 a 2 0 HP.
la b o mba sup erior a 20 HP.
Est os márge nes son mera ment e teóricos e indica tivos y puede n ser variados según la curva
de f uncion a mient o de la bo mba o seg ún las caracter ísticas espec íf icas de l motor aplicado .
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SIST EM A S HI DRONEUM ÁTI COS
PRI NCI PI O DE FUNCI ONAM I ENT O
Los siste mas h idron eu máticos se basan en e l pr incip io de co mpresibilidad o elast icid ad del
aire cua ndo es so met id o a presión .
El sist e ma, el cual se represen ta e n e l Dibu jo a nter ior, f uncion a co mo se exp lica a cont inu ación:
El agu a que es su min istrada desd e e l acued ucto p úb lico u otra f uen te (aco met ida), es ret en ida en un tan que de a lmacena mie nto; d e dond e, a través de un siste ma de b o mb as, será impulsad a a un recipiente a presión (de dimensiones y características calculadas en f unción de
la re d), y q ue co ntie ne vo lú men es varia bles de agu a y a ire. Cua ndo el ag ua entra al recip ie nte au me nta e l nivel d e agu a, al co mpr imirse el aire au me nta la pres ión, cua ndo se llega a un
nivel de a gua y pres ión d eter min ados, se pro duce la señ al d e para da d e la bo mba y e l ta n-
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que qued a e n la cap acida d d e ab astecer la red , cuan do los n iveles de presió n b ajan, a los
mínimos pre estab lecid os, se accio na e l man do d e ence ndido de la b o mb a nu eva me nte.
COM PONENT ES DEL SIST EM A HI DRONEUM ATIC O
El Siste ma Hidrone u má tico de berá estar constru ido y dota do de los co mpo nen tes que se indican a cont inu ación :
1. Un tan que de presión , e l cua l consta
9. Válvula de seg urid ad.
10. Disposit ivo para con trol a uto mát ico de
entre otr os de u n or if icio de entra da y
otro de salida para e l a gua ( en est e se
la re lació n a ire/a gua.
debe ma nten er un se llo d e ag ua para
11. In terrupt ores de presión para arranq ue
evitar la e ntrad a de air e en la re d de
a presión mín ima y parad a a presión
distrib ución) y u no p ara la inyección
máxima, arranq ue aditivo de la bo mba
de a ire en caso de f altar e l mis mo.
en turn o y contro l de l co mpresor.
2. Un nú mero de b o mb as acorde con las
12. In dica dor ext erior de los nive les e n e l
exigenc ias de la red (una o d os para
tanqu e de presió n, par a la in dicación
viviend as un if a miliares y d os o más
visual d e la re lació n a ire-agu a.
para ed if icacion es mayores).
13. Ta blero d e pot encia y control d e los
3. In terrupt or eléctrico para d eten er el f unmotores.
ciona mie nto de l sist e ma, en caso de
14. Disposit ivo de drena je d el t anq ue
f altar el agu a en el est anqu e ba jo
hidro neu mát ico, con su correspon(Pro tección contra marcha e n seco).
dien te llave de paso.
4. Llaves de p urga e n las tub er ías de dre15. Co mpresor u otro mecan is mo qu e renaje .
pong a el aire p erdido e n el t anq ue
5. Válvula de ret ención e n cad a un a de las
hidro neu mát ico.
tuber ías de descarga de las bo mbas
16. Filtro para aire , en el co mpresor o
al ta nqu e Hidron eu mático.
equipo de inyección.
6. Conexiones f lexib les para a bsorber las
Nota : Para los equ ipos instalados en
vibracion es.
7. Llaves de paso entr e la b o mba y el
viviend as un if a miliar es y bif a miequipo h idron eu mático; e ntre éste y el
liares, los req uerimientos señ alados en los apart es 9, 10, 12, 16
siste ma de d istrib ución .
8. Manó metro .
podrán su primirse.
CICLOS DE BOM BEO
Se d eno mina ciclos de bo mbeo al nú mero d e arran ques d e un a bo mb a en una hora.
Cuand o se dime nsion a un tanq ue se debe considerar la f recuencia de l nú mero de arranqu es
del mo tor en la bo mba . Si e l tanq ue es de mas iado p equ eño, la de mand a de distrib ució n normal extraerá el ag ua útil de l ta nqu e ráp ida me nte y los arranqu es de las bo mbas será n d e masiado f recuent es. Un ciclo muy f recuente ca usa un desg aste inn ecesario de la bo mba y un
consu mo excesivo de pote ncia.
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Por convención se usa una f recuencia de 4 a 6 ciclos p or hora, el cic lo d e cuatro (4) arra nques/hora se usa p ara e l conf ort de l usuar io y se considera q ue co n mas d e seis (6) arra nques/hora pu ede ocurrir un so brecale nta miento de l motor, desg aste inn ecesario de las un idades d e bo mb eo, molestias a l usu ario y un excesivo co nsu mo de energ ía e léctrica.
El punt o e n qu e ocurre el nú mero máximo de arranq ues, es cu and o e l caud al de de mand a de
la red alcanza el 50% d e la ca pacidad d e la bo mba. En este pu nto el t ie mpo q ue f uncio nan
las bo mb as igua la al t ie mpo en qu e están dete nidas. Si la de ma nda es mayor que e l 50%, el
tie mpo de f unciona miento será mas largo ; cua ndo la bo mb a se dete nga, la d e manda au me ntada extraerá el ag ua útil del ta nqu e mas ráp ida men te, pero la su ma de los dos periodos, será mas larga.
Una vez calcula do e l Cau da l Máximo Pr oba ble de ag ua correspon die nte a u na red d e distr ibución , as í co mo, los d iá metros y pres ión mín imas requer idos por la red , y to mada la dec isión de insta lar un s iste ma hidrone u mát ico, se d eben to mar en cue nta u n grupo de f actores
los cuales se exp licarán en la seccio nes sig uientes.
PRESI ONES DE OPERACI ON DEL SIST EM A HI DRONEUM ATIC O
PRESI ON MI NIMA (Pmin)
La presión mín ima de operac ión ( Pmin) de l cilindro en e l siste ma hidr oneu mát ico d eberá ser
tal que gara ntice en to do mo ment o, la presió n re quer ida (presió n residua l) e n la t o ma mas
desf avorable y p odrá ser d eter mina da por la f órmula sig uie nte:
Pmin = h + ∑hf + hr
dond e:
h
∑hf
=
=
hr =
Altura g eo métrica (o d if erencia de cotas) e ntre el nive l del ta nqu e subt erráneo y e l
nivel de la pieza más d esf avorable.
La su mator ia de tod as las pérd id as (tant o en tuber ía recta co mo accesorios) qu e suf re el f luido desd e la descarga de l ta nque hasta la to ma más desf avorable .
Pr esión resid ual.
Un estimad o bast ante preciso (p ara ed if icios d e más de cua tro p isos) es el s igu ient e:
• Se esta blece un a a ltura entre placas de 2 ,75 Mts (si no hay o tro da to)
• Co mo pérd id as ( ∑hf ) se estima un 10% de la altura de la ed if icación más unos 7 Mts d
e pérdidas en piso.
• Co mo pr esión residua l se estiman 7 Mts, cuan do los W. C. so n con tan que y 12
Mts cuando so n con Fluxó metro.
Co mo eje mp lo t o me mos u n ed if icio de 8 pisos + P.B. + P. H. con p iezas d e ta nqu e:
h
∑hf
hr
=
=
=
10 x 2,7 5 =
2,75 + 7 =
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27,5 Mts
9,75 Mts
7,00 Mts
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PRESION MINIMA ( Pmin)
=
-------------44,3 Mts ≈
65
PSI
PRESI ON DIFER ENCI AL Y M Á XIM A
El art ícu lo n ú mer o 205 de la Gaceta Of icia l 4.0 44 Extra ordin ario, reco miend a que la pr esión
dif erencia l, no se a inf erior a 1 4 metros d e co lu mna de agu a (20 PSI). Sin e mb argo, no f ija un
limite máximo que se p ued a ut ilizar, por lo q ue h ay que t ener e n cuent a qu e a l au ment ar el
dif erencia l de presión, a u me nta la relac ión d e ef iciencia del cilindro considerab le ment e y por
lo tant o reduce e n ta ma ño f ina l de l mis mo; pero a u me ntar de masia do e l dif erencial pu ede
ocasionar inconven ie ntes, pe que ños, ta les co mo u n mayor espesor d e la lá min a de l tan que,
elevan do as í su costo y obliga ndo a la utilizac ión de b o mb as de mayor pot encia p ara vencer
la presió n máxima, o graves, ta les co mo f ugas en las p iezas sanitar ias y acorta miento d e su
vida út il. La elección de la Pr esió n Máx ima se pref iere dejar al criterio de l pr oyectista.
DIM ENSI ONAM I ENT O DE LAS BOM BA S Y M OT ORES
La pr imer a consideración al seleccionar el ta mañ o d e las bo mbas, es el h echo de que de ben
ser capaces por si so las d e a bastecer la d e ma nda máx ima den tro de los rangos de pr esion es
y caudales, existiend o sie mpre una bo mba adic ion al para a lter nancia con la (s) otra (s) y para
cubrir entre tod as, por lo menos el 140 % de la de mand a máxima prob ab le.
NUM ERO DE BOM BA S Y CA UDAL DE BOM BEO
Co mo ya f ue menc iona do, solo es per mitido
el uso de un a b o mba e n e l caso de vivie ndas Ya que se d ebe de jar u na un idad de bo mb eo
unif a miliares; en cua lqu ier otro t ipo d e ed if i- de reserva para la alt ernanc ia y para concaciones debe n se leccio narse d os o más f rontar caudales de de mand a super-pico, se
unid ades de b o mb eo
deberá usar e l sigu ie nte crit erio:
NOTA: Segú n la Gacet a Of icial 4. 044 Extraordin ario un hidrone u má tico deb erá ten er solo d os bo mbas, los s istemas con tres o más b o mb as están
considerad os co mo de “ Pr esión
Constant e”, más esto es más un
asunto de se mánt ica qu e técn ico.
La su ma tota l de los ca uda les de las un idades de bo mb eo utiliza dos no será nunca menor de l 14 0 % d el ca uda l máximo pro bab le
calcula do en la re d. La t abla siguiente presenta e l criter io a nterior me nte expuesto.
N° de bo mbas
% de Qmáx
Total Q de bo mbeo
2
3
4
100
50
35
200
150
140
Nota) Más de cu atro u nid ades de b o mb eo n o se justif ican en los h idron eu máticos
de ed if icios, más po drían co nsiderarse dep end ien do d e la proyecció n hor izontal y/ o vertica l de la ed if icación
POT ENCI A REQUERI DA POR LA BOM BA Y EL M OTOR
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La pote ncia d e la bo mba para un siste ma h idron eu mático p odrá calcu larse por la mis ma f órmula indica da e n la p ágina 3 de los prese ntes a punt es:
Q (l ps)* H (metro s)
------------------------75 * (n%/100)
CV =
Las bo mb as deben seleccionarse para tra bajar contra una carga por lo menos ig ual a la presión máxima en el tan que hidrone u mát ico.
Est o est á ind icado en Gaceta p ara g arant izar q ue las unidad es de b o mb eo se leccio nad as a lcancen la presión máx ima re querida por e l siste ma hidro neu mát ico; pero d e tenerse a mano
curvas características de las un id ades de b o mbeo, la selección po drá hacerse por med io de
ellas.
La pote ncia de l mo tor eléctr ico que accio ne la b o mb a será calcula da segú n las mis mas consideracio nes ut ilizadas en e l cá lculo de los siste mas de tan que a ta nqu e.
DIM ENSI ONAM I ENT O DEL TA NQUE A PRESI ON
El d imensio na mie nto de l ta nqu e a presió n, se ef ectúa to man do co mo pará metros de cá lculo
el cau da l de bo mbe o ( Qb), e l cau dal de de man da ( Qd), los ciclos por hora ( U), y las pr esion es
de op eració n, e l proce dimie nto resu mida mente es as í:
Tc represe nta el tie mpo transcurrido entr e dos arranqu es consecutivos de las bo mbas, y se
expresa co mo s igu e:
Tc
=
1 hora
--------U
Dado que U = 6 por defini ci ón
Por lo ta nto p ara cau dales en lts/seg y t ie mpos e n segu ndos:
Tc
=
3600
--------6
=
600 seg.
Pero t a mb ién :
Tc
=
tll + tva
dond e:
tll = Tie mp o de llen ado de l tan que
tva Tie mpo de vaciado de l tan que
Por d ef inición, el mo ment o e n qu e ocurren más ciclos e n u na hora es cu and o e l cau dal de
de ma nda ( Qd) es igu al a la mita d de l cau dal de bo mbeo (Qb), por lo ta nto:
T ll
=
Vu
----------Qb - Qd
(Vol umen uti li zabl e)
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Qd = ½ Qb
Pero si
T ll
=
Vu
----------Qb - ½Qb
=
Vu
------ =
½Qb
2Vu
----Qb
Por otro la do:
T va
=
Vu
------ =
Qd
Tc
=
tll + tva
Tc
=
4V u
-----Qb
Vu
------ =
½Qb
2Vu
----Qb
por consi gui ente si :
entonces:
Despejand o V u :
Vu
=
T c x Qb
-----------4
=
600 x Qb
-----------4
V u = 150 * Qb
=
150Qb
(en litros par a u = 6 y Qb = \ Lts/s\)
Por otro la do, procede mos a l cálcu lo del porcent aje de l vo lu men ú til ( %V u ) que re presenta la
relació n entre e l volu men ut ilizab le y el volu men to tal d el ta nqu e y se podrá calcular a través
de la sig uie nte ecuació n:
%V u = 90 x
P max - P min
--------------P max
dond e:
Pmáx =
Pmin =
Es la presió n máx ima de l siste ma
Es la presió n mínima d el s iste ma
Nota : Tanto la Pmáx co mo la Pmin será n da dos co mo presiones absolutas .
Cálcu lo d el vo lu men del tan que (V t).
Vt =
Vu
----------------=
(%V u / 100)
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5000 x Qb
---------------%V u
(en l itros)
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CALC ULO DEL COM PRESOR
Sie ndo la f unción d el co mpresor la de re e mplazar el aire qu e se pierde por absorción de l
agua y por p osib les f ugas, su ta ma ño es generalment e pe que ño. De be vencer u na presión superior a la máx ima d el siste ma, y su
capacida d no pasa de p ocos pies cúbicos de
aire por min uto. En ef ecto, e l agu a tiene u na
capacida d de diso lver a 15 °C y a 14,6 96 psi
(10,34 m de colu mn a de ag ua) 2 1,28 d m³ de
aire por cad a me tro cúbico ( 1 m³ ) d e agu a,
suponiend o q ue esta agu a n o tuv iera ninguna materia en soluc ión. Ah ora b ien, la capacidad de soluc ión de l a gua está ya e n p arte
agota da por e l cloro de des inf ección; por lo
tanto e l co mpresor necesario para repon er el
aire absorb id o por e l agu a deb e ser muy pequeñ o. do nde :
U = Nú mero de c iclos p or hora.
b.- Det er minació n d el volu me n út il de l t anq ue
(V u).
Es e l volu men ut ilizab le de l volu men tot al de l
tanqu e y re present a la ca ntidad de a gua a
sumin istrar entre la presión máxima y la presión mínima.
V u = Tc * Qb
Los datos q ue su min istra la experiencia, son
resu mid os en dif erentes tab las y reglas, por
eje mplo según la f ir ma PEERLES PUMP DIVISION, co mpresores con capacidad d e 1 a 2
pies cúb icos por minuto (28. 317 c m³ a
56.63 4 c m³ por minuto) p or cada 1.0 00 ga lones ( 3.785 L ts) de capacidad t otal de l tanque, han s ido encontra dos sat isf actorios para
muchas instalacion es.
Los compresores deb en estar accion ados
por interrup tores de nive l y de presión, para
asegurar el ma nte nimie nto de las proporciones deb id as de a gua y aire.
En los t anq ues d e cap acida d, igu ales o mayores a 320 galones., es pref erible usar para
la recarga d el a ire un co mpresor de l tipo
convencion al, de capac ida d y presión adecuada para el siste ma, movidos p or u n motor
eléctrico mand ado por un siste ma de contro l,
el cua l n or ma lme nte f unciona me dia nte un
siste ma de co mbin ació n entre presió n y nivel
de a gua, de ma nera que se p ueda contro lar
el tra bajo de l co mpresor.
LOS SI ST EM AS HI DRONEUM ATIC OS DE USO DOM ESTIC O
Los siste mas h idro neu mát icos con tan ques con respecto a dich o estud io, se reco mien da
de 3 20 Galo nes o menos y en ed if icaciones la solicit ud d el inf or me t itu la do C ALCULO DE
con 30 piezas servidas o me nos se d eno mi- SISTE MAS HIDRONEUMATICOS DE USO DO MESnan hidrone u máticos de q uin tas o de uso TICO, cuyos autores son los estu dia ntes ando mést ico, su met odo log ía de d imensiona- tes menc iona dos) en el cálcu lo p ara sistemie nto dif iere de los lla mados hidrone u máti- mas hidrone u máticos d e uso do méstico (vicos tempora les, sobre tod o en las estimacio- vienda u nif a miliares) la estimació n de la denes de los cauda les pico de la de ma nda ya mand a se har á de acuerdo a la f ór mula preque ningu no de los otros méto dos de cálcu lo sentada a cont in uació n:
parecen d ar result ados coh erent es.
Qd = 0, 83 * Np (Lp m)
Segú n un a tesis d e pre-grad o realizad a por dond e:
los estud ian tes Dos Ra mos G. Ro berto y Qd = Cauda l d e d e ma nda en litros por minuGó mez G. Ca milo de la Un iversida d SI MON to. - Np = Nú mero d e piezas o ap aratos saBOLIV AR , (si Ud . d esea mayor inf or mación nitar ios servidos.
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Est a f órmu la line al a barca un rango e ntre
cinco (5) hasta treinta (3 0) piezas con b astante exactitud, p uesto qu e las viviend as unif amiliares con más d e tre inta piezas son casos atípicos.
Para este tip o d e sist e ma es per mitido el uso
de una so la un ida d de b o mb eo y cargadores
de air e en lug ar de co mpresor para la recarga de l a ire.
En re lación a las presiones de o peración en
los hidr oneu mát icos do mésticos se usa la siguie nte estimació n de presio nes:
Número de pisos
P mínima (PSI)
P máxima (PSI)
C.D. T. (M ts)
1
2
3
4
20
25
30
35
40
45
50
55
30
33
37
40
SISTEMAS DE PRESION CONST ANT E
GENERAL I DA DES
Son aq ue llos siste mas de bo mbeo e n dond e se sumin istra agu a a una red de consu mo, median te u nidades de b o mb eo q ue tra ba jan directa me nte con tra un a red cerra da.
Los siste mas de b o mbeo a presión const ante se clasif ican en dos grup os princ ipa les, a saber:
•
•
Siste ma d e b o mb eo contr a red cerrad a a ve locidad f
ija.
Siste ma d e b o mb eo contr a red cerrad a a ve locidad var iab
le. A continu ación se exp lican a mbos siste mas.
SIST EM A DE BOM BEO C ONT RA RED C ERRA DA A V EL OCI DA D FIJA
Son aquell os si stema s en donde dos o más bombas trabaj an en paral el o a una vel oci dad i nvariable
para cubri r demandas de consumo i nstantáneo de l a red servi da. Un nombre mas apropi ado para estos si stema s sería el de SISTEMAS DE BOMBEO CON TIN UO A VELO CID AD FIJ A.
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A pesar de l o anteriormente expuesto, estos si stemas se convi erten en SISTEMAS DE PRESION
CONS TAN TE con el uso de vál vulas regul adoras, que son usadas cuando en la red se requi ere en
verdad, una presi ón uni forme. En estos si stemas el funci onamiento adi ti vo de l as bombas se efectúa
mediante l os di ferentes métodos de regi strar l a demanda en l a red; l o cual si rve además para cl asi fi carl os.
CON SENSO R DE P RESION (TA NK LESS)
Son si stema s que i ncorporan rotámetros, tubos
En esto s si stema s el funci onami ento adi ti vo de pi tops o cual quier otro medidor hi dromecáni co de
l as uni dades de bombeo se acci onan por señal es vel ocidad. En ell os, determinada l a vel ocidad se
reci bi das de senso res de presi ón col ocados en l a cal cula el caudal por secci ón/vel oci dad; a este
red servi da que encienden y apagan l as bombas. grupo específi co pertenece el PACOMONI TOR.
CON SENSO R DI FEREN CIA L DE PRESIO N
Esto s ti pos de si stemas i ncorporan una pl aca de
ori fi ci o, tubo venturi, i nserto corto o cual qui er otro
mecani smo medi dor de caudal que acci ona un
preso stato di ferenci al para l ograr un funci onami ento adi ti vo de l as bombas.
CON MEDIDO RES DE CA UD AL HID RO DINA 2
MICOS (V /2g)
CON MEDI DORES DE C AU DA L ELE CTRO MAGNÉTIC O
Son si stema s que regi stran el caudal por medi o
de l a i nducci ón de un campo, produci do por l a
vel ocidad de la masa de agua pasante, el medi dor crea una re si stenci a que es regi st rada por un
transductor que da l as señal es de encendi do y
apagado de l as bombas.
SIST EM A S DE BOM BEO C ONT RA RED C ERRA DA A V EL OCI DA D VA RIA BL E
Son aq uellos siste mas en los cuales la un ida d de bo mbeo var ía su velocid ad de f uncion amie nto en razón al caud al d e de mand a de la re d, me dia nte e l ca mb io de ve locid ad en e l impulsor de la bo mb a que se logra de d if erentes f ormas, las cuales sirven a su vez para clasif icarlos en:
VARIADORES DE VELOCIDAD POR MEDIO DE El motor es e l de no min ado Tipo Esco billas y
MOTORES DE INDUCCION
en él se usa un sensor de presión y/o cauda l
con un transduct or qu e hace qu e e l vo lta je
varíe en los secun darios y por e nde var íe la
velocid ad d e f uncion a mient o.
VARIADORES DE VELOCIDAD POR MEDIO DE
RECTIFICADORES DE SILICON
En este caso se usan mot ores nor ma les en
jau la d e ard illa y un se nsor electrónico de
presión y/o cau dal, que p or inter med io d e un
transductor hace qu e el circuit o rectif icador
de S. R. C. varíe el ciclo d e la on da de C.A.,
variand o por ende la veloc ida d de mot or.
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VARIADORES DE VELOCIDAD POR MEDIO DE
MOTO-VARIADORES MECANICOS
VARIADORES DE VELOCIDAD POR MEDIO DE
MOTO-VARIADORES HIDRÁULICOS
La ve locid ad de la bo mba es reg ulada por un
moto-variador q ue const a de un motor estándar acoplado a u na ca ja variadora de velocid ad, int egrad a p or un ju ego de correas en
" V " que corre sobre poleas de diá metro variable, accion ánd ose el conjunt o por un mecanis mo e lectro mecán ico qu e recibe una señal de u n sensor d e presión y/o ca uda l.
Est e consta gen eralment e, de un motor de
tipo jau la de ard illa, q ue accion a un acop lamie nto h idráu lico, e n don de un mecan is mo
hidrá ulico mecánico r egu la la ve locidad de
salid a, (accion a mient o de la b o mb a) en f orma pro porcion al a la presión d e la red, por
med io de la ca ntidad de f luid o q ue su ministra
el aco ple hidráu lico.
VARIADORES DE VELOCIDAD POR MEDIO DE
MOTO-VARIADORES ELECTRICOS
Los mecan is mos ut ilizados par a registrar
presión y/o cauda l en este tipo de siste ma
son similares a los especif icados para los
siste mas a ve locidad co nstant e. En e l caso
de siste mas con mas d e u na bo mba, el f unciona mie nto a dit ivo se ef ectúa ten ien do cuidado en blo que ar la un ida d en turno de f unciona mie nto a su velocidad máx ima y variándola en la bo mba q ue en tra en servicio auxiliar, ta mbién se logra arrancan do ad icion alment e un a bo mba a ve locid ad f ija y ba jan do
al mínimo la ve locidad en e l variador.
En est e t ipo de sist e mas se usa u n variador
electro magn ético que co nsta ge neralmen te
de un motor de t ip o ja ula de ard illa, q ue
mueve un e lectro imá n que es excita do por
una corriente secund aria de u na int ensid ad
proporcio nal a la presió n y/o cau dal re gistrados en la re d que arrastra o no, a mayor o
menor veloc ida d e l lad o acciona do, don de
genera lmente se e ncuentra la u nid ad de
bo mb eo.
En la práctica, los siste mas de velocida d variable se just if ican so lo en re des con a mplios ra ngos de f luctuación de ca uda l y va lores de f ricción altos, ya que co mo e n las b o mb as centr íf ugas la presión de d escarga es razó n cua drática a la ve locidad de f unciona miento , es muy p oca, (5% o men os), la variación d e velocid ad y el posib le ah orro de consu mo eléctrico se diluyen en las pérdidas de re ndimient o de los mecan is mos variadores d e veloc idad , salvo e n el
caso de los rectif icad ores de silicón que parece n ser los mas conf iab les y modern os en la actualida d; su ap licación so lo est a limita da p or los altos costos de ad quis ición de sus co mp onentes, au que ya este tipo de variad or es a mp lia me nte usad o e n la ind ustria, y cada d ía más
se hacen más aseq uibles.
SISTEMA DE BOMBEO TANKLESS
Co mo ya menc ion a mos, en estos siste mas el f unciona mie nto ad itivo d e las unidad es de
bo mb eo se accion an por señ ales recib idas de se nsores de presión co locad os en la red servida qu e enc ien den y a pag an las bo mb as.
DIM ENSI ONAM I ENT O
Para el d imensiona mie nto d el siste ma TA NKL ESS se sigue (con a lgu nas variacio nes) pasos
similares a los ut ilizad os para el cá lculo de l siste ma hidr oneu mát ico.
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A continu ación se presen ta e l proce dimie nto de cá lculo :
DET ERM I NA CI ÓN DEL CA UDAL M AXIM O
En la deter min ació n de l ca uda l máximo pro bab le de bo mbeo se p ued e usar cu alq uiera d e los
méto dos usua les, más para s iste mas de pres ión co ntinua se r eco miend a e l uso d e las Un idades de Gasto ( UG) ind icadas en las nor mas para el d imensio na mie nto de tu ber ías pero
aplicand o la sig uie nte f ór mu la , e mp írica q ue produce resu lta dos acortes a otro mét odos:
Qb = 0,08 1 * UG 0,672
Est a f orma de cálcu lo da resu ltad os muy precisos en sistemas de presión consta nte de cua lquier tip o.
DET ERM I NA CI ON DEL CA UDAL M I NIM O
En tod os los casos el caud al mínimo d e de mand a de u na red, depe nde del t a ma ño y uso al
cual se destina la mis ma; el consu mo mín imo , en muchos casos deter minará la via lidad o no
del uso d e bo mbas pilot o que co ntrib uirá n a dis min uir más e l consu mo eléctr ico en este t ipo
de eq uipos. Alg unos est ima dos de consu mo mínimo d e red es se dan en la s igu ient e ta bla:
USO DEL EDI FICI O
EDIFICA CIONES RESID ENCIAL ES, A CUEDUCTOS DE URBANIZA CIONES O DE CONJUNTOS RESID ENCIAL ES
HOTEL ES, CL UBES
HOSPITAL ES
EDIFICA CIONES DE OFICINA S
ESCUELA S
CENTROS COMERCIAL ES
FABRICA S,
según t urno y
1 Turno
agua para ser- 2 Turnos
vicios sanit a3 Turnos
rios
PORC ENT AJ E DEL Qb
ESTIM A DO PA RA Qpiloto
0,15
0,30
0,35
0,10
0,15
0,15
0,20
0,25
0,35
Los valores d e cauda l mínimo as í obte nidos, son ta n solo in dicat ivos, ya qu e el criterio f inal
del pr oyectista será e l q ue preva lezca en estos casos; el ca uda l mínimo p or razones práct icas no de berá ser n unca menor a 1, 75 Lts/s o me nor a l eq uiva len te a l 1 0% de l Qmáx.
DET ERM I NA CI ÓN DEL NÚM ERO DE BOM BA S Y CA UDAL DE BOM BEO
El nú mero d e bo mbas en un Siste ma a presió n continua es un asu nto de criter io de l proyectista, será razón d el cauda l máximo re querido por la red , e l uso de la ed if icación y la corriente
eléctrica disp onible .
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En un siste ma d e presió n continua las un idad es de bo mbe o se dividen e n princ ipa les y pilotos, y el sist e ma co nsta d e un id ades seg ún lo preve a e l proyecto .
L a ta bla a con tin uación p odrá d ar un a idea de los d if erentes arreg los d e bo mbas:
Bom bas Piloto
N°
0
1o2
0
1o2
0
1o2
Bbs . Se rvicio
N°
2
2
3
3
4
4
% de Qpiloto de l
Q m áxim o
10 –3 5
10 –3 5
10 –3 5
% de Q servicio
de l Q m áxim o
50
50
35
35
25
25
Nota) Salvo en el caso de cau da les su ma me nte gr andes no se justif ica e l uso de s iste mas de
presión continua con más d e cuatro bo mbas de servicio, el uso de dos bo mbas p iloto,
qued a ta mbién a criterio de l pr oyectista.
DET ERM I NA CI ON DE LA S PRESI ONES DE OPERAC ION Y CA RGA DI NAM ICA T OTAL
( HDT ) EN LA RED
Las presiones en la red se calcularán seg ún los pasos y consideracio nes explica das en la
página 6 de este man ual.
La HDT d e b o mb eo será el resu lta do d e su mar a la Pres ión de o peración las carga correspond ien te a las succio nes y las p érdidas en la estación reg uladora de pr esión (de ex istir esta)
POT ENCI A DE LAS BOM BA S Y M OT ORES
La pote ncia d e la bo mba para un siste ma h idron eu mático p odrá calcu larse por la mis ma f órmula indica da e n la p ágina 3 de los prese ntes a punt es:
CV
=
Q (l ps)* H (metro s)
------------------------75 * (n%/100)
CONSI DERACI ONES IM PORTA NT ES
• En todo caso, la po tencia del motor deb e ser el result ado de l cá lculo ef ectuado en e l
rendimiento re al ind icado en la curva selecciona da y sie mpre d ebe garant izar qu e no
exista sobrecar ga en el mis mo cuan do la un ida d tra ba ja co ntra el 85 % de la carga de
diseño .
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• Las un ida des d e bo mbeo de ben ser selecciona das e n f or ma tal q ue la presió n d e cierre
no está nunca p or encima de los 15 metros de la HDT. máxima de d iseñ o en equ ip os
de h asta 1 00 PSI d e presión de trab ajo y d e 2 0 Mts en eq uip os de 10 1 o más PSI, esto para evitar so bre-presio nes indese ables en la re d.
• En caso de qu e los va lores resu ltan tes d e las pres ion es de cierre de las bo mbas su peren estos limites, se deb e prever una estació n conf ormada p or una o más válvu las regula doras d e presión o una válvu la d e a livio con rec irculación a l su min istro.
DIM ENSI ONAM I ENT O DE LA T UBERIA :
Las tub erías serán se leccion adas con diá me tros ta les qu e la velocida d de l cau da l máx imo
probab le en e llas se encu entre co mpren dida e ntre 1 y 3 m/se g.
La Ta bla anter ior pue de servir de gu ía para la selecció n de los diá metros de tuber ía de siministro a edif icaciones:
DIM ENSI ONAM I ENT O DE LA VALVULA DE SOBREPRESI ON
Cuand o las un ida des de bo mbe o pilot o o de servicio selecciona das tie nen u na presión de
cierre superior a las mín imas preestab lecid as o se requiere un a presión esta ble , se hace necesario retor nar a l t anq ue el ca uda l exced ent e con el f in d e mant ener la presió n e n la re d d entro d e los límites per misib les. Esto se logra por me dio de u na vá lvula d e a livio y un a tu ber ía
de retorn o al tan que. Esta se d imensionará n segú n la Tab la N° 7 siguiente y gr aduar á para
que a bra a la máxima presión ad mit ida por la re d.
CA UDAL A
RECI RC ULA R
lts /se g
Hasta 1, 00
1,01 - 1,2 5
1,26 - 2,2 5
2,26 - 5,0 0
5,01 - 10, 0
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DI ÁM ET RO DE
LA TUBERÍ A DE
RECI RC ULACI ÓN
1“
1¼ “
1½“
2“
2½ “
DI ÁM ET RO DE
LA VÁLVULA
DE ALIVI O
½“
¾“
1“
1¼ “
1½“
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El cau dal de ret orno a l tan que de a lmace na mie nto será igua l a l prod ucid o por
la u nid ad en tur no d e servicio o p ilo to, a la máx ima presió n a d mitid a p or la r ed.
Se de be acot ar que la recirculación al t anqu e se usa solo cuand o hay presión
excesiva en la red y no se estén ut ilizan do estac iones re guladoras d e presión
en la red.
ENFRIAM I ENTO DE L A CA RC ASA
Las un ida des d e b o mb eo piloto o aqu ellas q ue estén en turno de servicio co n cau dales de
consu mo de la red cercanos a cero, suf ren recalenta mien to en la carcasa que po drían ser
perju diciales para est as.
Por eso se h ace necesar io rec ircular al tan que una pe que ña ca ntidad de agu a q ue s irva para
el e nf ria miento de la carcasa. Por lo t anto se preverá una rec irculación de f or ma t al que se
garant ice el retor no al t anq ue de apr oximada ment e 1 GPM (3, 785 lts/ min) por cada HP ( CV)
aplicado a la un id ad d e bo mb eo.
Est o se logra en varias f ormas:
• Si la presión de c ierre d e la bo mba pilot o lo p er mit e, se co locará una vá lvula d e a livio
gradua da en f or ma ta l que per mita la recircu lación al tan que, de l ca uda l antes me ncionad o.
• Si las curvas de las bo mbas son muy planas y no per miten e l accion a mient o de un a
válvula de a livio, pue den usarse sensores de te mp eratura (ter most atos) que co ma nden u na vá lvula de so len oide q ue p er mita la recircu lació n a l ta nqu e de l cau dal ant es
mencionad o.
• Si la co nstrucción d e la b o mb a es t al que no p er mite la co locació n d e ter mostatos y/o su
f unciona- mient o de f orma ef icie nte, se colocará un a recirculación constant e y se regulará por dos llaves tip o glo bo. Est a últ ima so lució n es la mas práctica y reco me ndab le
en la mayoría de los casos.
A continu ación se of recen dat os aproxima dos para la selección d el ca uda l de enf ria mie nto.
POTENCI A
DEL MO TOR
HP
C AUD AL DE
ENFRIAMIEN TO
3
M /Hora
DIÁME TRO DE
TUBERÍ A
PLG.
5,00
7,50
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
40,0
50,0
1135
1700
2270
3410
4545
5680
6815
9085
1136 0
½“
½“
¾“
¾“
1“
1¼ “
1¼ “
1½ “
1½ “
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En aqu ellos siste mas don de se ha esta blecido recirculación a l t anq ue por
válvula de sobre-presión (a livio) no se requ iere e l uso d el circu ito d e enf riamient o, ya qu e la mis ma rec irculación servirá de l enf ria mien to de las
carcasas.
DET ERM I NA CI ON DE LA S PRESI ONES DE OPERAC ION DE LAS BOM BA S
La curva de f unciona miento de l siste ma d ebe garan tizar q ue los pu ntos d e transf erencia de
las un ida des de bo mbe o (pt1 y pt2) que den por d eba jo de la pres ión de a pag ado ( Presió n
Tech o) de la mis ma, d icho p unt o de be ca lcularse utiliza ndo la s igu ient e f ór mula:
`
Q2 = Q1 * ( P 2 / P1) ½
En d ond e :
Q2 =
Q1 =
P1 =
P2 =
Es e l cauda l desconocid o a ser entregado p or la bo mba en turno
de servicio N° 2.
Es el cau da l entre gad o por la b o mb a en turno de servicio N° 1 en
la in tersección de su curva con el límite mínimo de presión de l siste ma.
L ímite mín imo de presió n de l siste ma (pres ión piso).
L ímite máximo d e presión d el s iste ma (presió n tech o).
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El cálcu lo de la presió n techo, se ef ectuará por tant eo; e mpeza ndo con un est ima do de Q2 y
lueg o est imá ndo lo de n uevo con los P2 resu ltan tes hasta un límite de equ ilibr io.
El cá lculo de l límite mín imo de presió n (presió n p iso) de l siste ma es igu al que en los eq uipos
hidro neu mát icos, pero e l limite máx imo de l mis mo está suje to a cálcu lo se gún la curva característ ica de la un id ad a utilizar y sie mpre es deseab le qu e el d if erencial d e presión no sea
nunca sup erior a 2 0 PSI (14 m. d e colu mna d e a gua); s i e l d if erencia l resu ltan te, dad o las características de la curva a utilizarse, resulta sup erior a este va lor, h ay qu e prever un ju ego de
válvulas regu lad oras de presió n a la descarga g enera l de l equ ipo , teniend o especia l cuid ado
en inclu ir el cálcu lo d el limit e mínimo de la ca íd a d e presión a través de las reg ula doras.
Se de ben tener sie mpr e en cons iderac ión q ue la curva de co mporta mient o de la red servirá
de ref erencia para la se lección de las b o mb as.
Debido a q ue los siste mas de b o mbeo se ven so met id os a variacio nes d e pres iones bruscas,
las cua les e llos deb en estar en la cap acida d d e contro lar, deb e preverse la recirculac ión al
tanqu e d e a bastecimiento as í co mo r etardos en el ence ndido y apa gad o d e las b o mb as ad it ivas.
En el sa ldo se usarán los mis mos criterios qu e los me ncio nado para e l P AC OMONITOR , t enién dose en cue nta q ue:
• Si la presió n d e cierre de las u nid ades de b o mbeo es mayor de 10 PSI (7 m de colu mn a
de agu a) en e l valor d el limit e máximo d el siste ma se usará u na válvu la d e alivio que
per mita la recirculac ión del ca uda l an tes me ncion ado , dich o válvu la de be t ener incorporado un co ntrolador d e cau dal de rec irculación d entro de los límites previstos.
• Si la presió n de cierre de las un id ades d e bo mb eo es men or de 10 PSI (7 m de colu mn a
de agu a) del valor del límite máximo de presión de l siste ma. Se reco mie nda la ut ilización de un a válvula so leno id e acciona da por ter mostato qu e med irá la te mper atura de
las carcasas de las bo mbas, a brie ndo las vá lvulas soleno ide cada vez que la te mper atura de la un ida d de bo mbeo alca nce 55 °C y cerran do la mis ma a l valor de 35 °C.
SIST EM A S DE BOM BEO Y A PRESI ON C ONSTA NT E DE TI POS “ NO T RA DICI ONAL ES”
GENERAL I DA DES
En razón del uso qu e se la dará a la re d, y con la certeza de que existirá n variaciones muy
a mp lias n o solo en los mín imos y máx imos d e de mand a d iaria , sino t a mb ié n al uso casi exclusivo per iód ico, la instalación de u n siste ma h idron eu mático r esult a ad e más d e impractico
extre mad a me nte costoso , de bido a l gra n volu men, q ue por las caracter ísticas d e la red, r esulta d e éste.
El uso de u n siste ma d e presió n constante TANKLESS o P ACO MONITOR con un nu mero det ermin ado de b o mb as lleg a a ser una solució n mas viable, sin e mbargo persist en los larg os periodos de consu mo mínimo q ue no justif ican el h echo de u na b o mb a traba jan do en f or ma
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contin ua, lo cua l represen ta un gasto inn ecesario d e en erg ía e léctrica a la vez q ue d e acorta mient o en la v ida útil d e la bo mba .
TIPOS DE SIST EM AS NO T RA DICI ONAL ES
La gran varie dad d e conf iguraciones posibles que se pue den d ar en estos tip os de siste mas
está limitada ún ica y exclusiva mente por la imag inación d el proyect ista. En esta secció n expondre mos ta n solo un os cuant os de e llos con sus respect ivas consid eracion es de diseñ o.
SIST EM AS C OM BI NA DOS CON T A NQUE COM PENSA DOR.
Ta nto e n h idron eu máticos tra diciona les (domésticos y de e dif icios) co mo en sist e mas
combinados “ no tra diciona les” se estila la
instalació n de l tanq ue co mo un pu lmón co mpensad or para la red (“a caballo o Jockey”),
tal co mo se mu estra e n la f igura an terior, con
esto se logran estas venta jas :
1) Hay me nor perd ida de a ire por disolució n d entro de l ta nqu e de presión, por cons igu ient e el co mpresor (o cargad or) de a ire tra ba ja
más espaciado.
Lo exp uesto en los p árraf os anteriores de be
llevar al proyectista a pe nsar en la posib ilid ad
de insta lación de sist e mas no tr adic iona les
como lo son los ( SISTE MAS DE PRESION
CONSTAN TE CON TANQU E CO MPENS ADOR ), los
cuales ad e más d e of recer un gran ah orro de
energ ía e n los per íodos de mínima de man da
prolo nga la vida útil d e las bo mbas.
El SIS TE MAS DE PRE SION CONSTAN TE CON
TAN QUE CO MPENS ADOR resulta de la co mbinación de un s iste ma hidr oneu mát ico y un
siste ma d e bo mbe o de ve locid ad f ija co ntra
la red cerrada ( TANKLES S o P AC OMONITOR )
de tres o más bo mbas f uncio nand o en paralelo.
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2) En un a instalación tr adic iona l, e l
tanqu e se llena a la rata d e cauda l
que es capaz se su min istrar la(s)
bo mb a(s), pero la re d recibe e l
agua de l tan que de pres ión (se vacía) en razón d el d if erencia l de
presión existe nte agu as arrib a y
abajo de su orif icio d e descarga
(P1 - P2) esto hace que en caso de
de ma ndas pico p ueda ex istir un
abat imient o considerab le de la presión e n la red.
3) En la inst alac ión co mo co mpensador el tan que d e presió n se lle na a
una rata igu al a Qb - Qd (Ca uda l
de Bo mbeo me nos Caud al de Demand a), lo q ue gar ant iza que la
red en todo mo mento recibirá e l
caudal pro ducido por la(s) bo m-
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4) Se f acilit a el servicio al ta nqu e de
presión s in menoscab o de l su ministro de a gua a la red, ya qu e durante relativa ment e larg os per íodos pue de h acerse f uncionar e l
siste ma co mp. TANKLESS.
ba(s), es más en caso de de mandas super-p ico, el tan que su ministrará caud al ad icion al a la re d e n e l
instant e prev io al arranq ue d e la
unid ad en reserva y p or consiguie nte no ex istirán ab atimie ntos
de presión e n la red
HI DRONEUM ÁTIC OS DE T RES U C UAT RO BOM BA S
Segú n nu estras Nor mas San itar ias vig entes larga u n ahorro en e l consu mo de energ ía
un hidro neu mát ico con más de dos bo mbas eléctrica, se obt ien en tan ques de me nor vodebe ser considerad o co mo Siste ma d e Pre- lu men y por lo tant o hay a horro e n los costos
sión Co nstant e, y d ime nsio nado co mo tal.
inic iales.
Aún cuando est o es una apreciac ión n etament e se mán tica se reco mien da el uso de
esta ter min olog ía p ara la f acilidad de per misería.
Est e tip o de arreglo (con tan que co mpensado u orig ina l) tie ne la ven taja de lo grar un
equilibrio e ntre el bo mbe o y la de man da más
acorde con la realid ad, esto represe ntará a la
Se d eberá proceder seg ún lo ind icado para
hidro neu mát ico, el n ú mero u cau dal d e las
bo mb as según lo ind icad o para P ACO MONITOR
o TANKLE SS, ten ien do el cu ida do de
calcular el ta nqu e con el cauda l de un a bo mba, ya que co mo in dica mos e l máximo nú mero de arranq ues ocurre cuan do la de man da
es igu al a la mitad de l caud al de bo mbeo.
HI DRONEUM ÁTIC O CON TA NQUE EN EL T EC HO
El siste ma h idro neu mát ico tra diciona l, o el de tres o cuatro bo mbas, pu ede conf igurarse para
que el tan que de presió n y sus accesorios se e ncuentr en so bre e l t echo de la ed if icación, esto reduce enor me me nte e l volu men de l tanq ue de presión, ya que el mis mo es calculado p ara las presiones 20/4 0 PSI (p iezas d e tan que o 3 0/50 PSI p ara p iezas con Fluxó metro).
En este tipo d e siste mas hay q ue co nsiderar var ios pu ntos:
• Los mo ntan tes d ebes estar d ime nsio nados para este tip o d e siste ma desde e l proyecto ,
bien se a un monta nte ún ico (lo reco men dad o) dond e el t anq ue traba ja co mo un co mpensad or en el t echo o con d os mo ntant es (f orma trad icion al)
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• La intercon exión e léctrica ( pote ncia y ma ndo) entre la sala de bo mb as y el ta nque y sus
accesorios deb e estar pr evista d esde e l proyect o.
• En e l cálculo de l tan que d ebe cons iderarse un a protección contra co lapso p or sub presión.
• La protección contr a rayos (para rayos) deb e ser ópt ima y se d ebe ser acuciosa ment e
cuidad oso con la puesta a t ierra d el sist e ma de bo mbeo.
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HI DRONEUM ÁTIC O CON TA NQUE DE PRESI ON A ENT RA DA REST RI NGI DA
El siste ma consta ge nera lme nte d e un h idron eu mático con t anqu e co mp ensador inte grado
por tres a cua tro b o mb as las cua les en co nju nto ma ne jan caud ales relativa ment e a ltos, y p odrán ser igua les o p ilo to o de servicio, tod o e n f unción de los resu lta dos arro jad os por los cá lculos de los cau dales necesarios en la re d.
El ta nque se d iseña par a un tie mp o de llena do de a proximada men te 10 minu tos, dicho t ie mpo n o incluye e l t ie mpo de vaciad o d el mis mo ya q ue t endrá priorid ad el tie mp o d e llena do (a
caudal restrin gido), con u n p orcenta je de l cau dal de la pr imer a b o mb a, y para 6 arranqu es
por hora de la mis ma, segú n las nor mas of icia les vige ntes.
El ca uda l restrin gido p ara e l lle nad o de l t anq ue será del 50 % de l cau da l de la un ida d más
pequ eña (ya e n este caso si se a d mite e l uso d e p ilo tos) o de un mínimo d e 1.5 GPM * HP
del mot or en la b o mba d e mayor ta maño.
Al existir p oca d e ma nda las bo mbas en turno suplen la re d a la vez que llen an e l t anqu e a
través de u na restricció n (o by-pass del llen ado) y se pr end en y a paga n p or un presostato colocado e n el t anqu e de presión, e n este mo ment o el siste ma se co mp orta co mo u n hidr oneu mático trad icio na l y como el t ie mpo de llen ado de l tanq ue esta tab ula do (por la restricción) a 10 min utos el h idron eu mático cu mple con los 6 arranques por hora, si la d e ma nda
au me nta e l PA COMONITOR, o presostat os colocados e n la líne a to man e l contro l con e l f in
de qu e f uncion e co mo un siste ma d e presión consta nte co ntra la red cerrad a de dos o más
bo mb as f unciona ndo en paralelo.
La restricción es un or if icio qu e pue de estar colocado e n un by pass en para le lo o e n la clapeta de u na sw ing check co locad a en la entra da/sa lid a d el t anq ue.
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El orif icio se estima con la sigu ient e f ór mula:
Q
a
2
C . 2 . g . P2
P1
V1
2 .g
En d ond e:
a=
Q=
C=
P1=
P2=
V1 =
g=
área de l or if icio (en Mts 2)
Cauda l a pasar p or el orif icio (en Mts 3/Seg)
Coef icient e d e contracció n (= 0,60)
Pr esión mínima a bsolu ta (en Mts colu mna d e ag ua)
Pr esión máx ima abso luta (en Mts colu mna de agu a)
Velocid ad e n e l tub o d e entr ada del tan que ( Mts/seg)
aceleración d e grave dad (9 ,81 Mts/Seg2)
Con e l áre a po de mos det er minar e l d iá metro:
d
a
2
. 1000
.7854
Donde “d” vien e expresa do e n mm
Co mo menciona mos anter ior mente , la co mbin ació n de siste mas de bo mbe o de los lla mad os
no tradic ion ales tiene e l límit e que le imprime la ima ginació n de l proyectista y depe nderá del
ta ma ño y uso a qu e esté destinad a la red a servir.
SISTEMA DE EVACU AC ION DE AGU AS SER VID AS
DIMENSIONMIENTO DEL CAUDAL DE LAS BOMBAS
BOMBAS PARA AGUAS NEGRAS:
El sistema de ev acuación de aguas negras está constituid o por el conjun to de tuber ías y de ser necesario de
bomba(s) y pozo de recolección. La figura anex a muestra la v ista en planta y corte de un pozo de recolección. Este sistema recoge las aguas usadas en la edi ficación y por lo tanto, los aportes de agua que circulan estarán casi
en su total idad de finid os por los consumos de agua para fin es domésticos, comerciales, industriales, etc. Es bueno hacer notar que no toda el agua suplida v uelv e, en forma de agua usada, a las cloacas, y a que parte es descargada fuera del sistema de recolección.
DETERMINACION DEL CAUDAL AFLUENTE Y ALTURA DINAMICA TOTAL DE BOMBEO
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Comúnmente, y si todas las aguas serv idas deben ev acuarse por medio de bombas a la red de aguas negras, las
unidades de bombeo para el manej o de las mismas deberán dimensionarse para un 125% del caudal máx imo
probable de agu as blancas; si solo parte de las p iezas serv idas, o se desconoce el v alor del consumo de ag uas
blancas se aplicará el “ Método de Hunter” que se describe a continuación:
METODO DE HUNTER (NUMERO DE UNIDADES DE GASTOS)
La gace ta o ficial indica es te mé todo para el cálculo de la demanda máx ima probable, pa ra el cálculo de Picos
Máx im os en redes de aguas negras y dimensionamiento de las tuberías de la red.
Según este mé todo, a cada pieza sanitar ia se le asigna, de acuerdo con su uso y tipo, un número, el cual es
llamado NUMERO DE UNIDADES DE GASTOS. La tabla del anex o muestra las unidades de gastos asignadas a piezas sanitarias tan to de uso público como priv ado.
El número de unidad es de gastos que corresponde a cada pieza o artefacto sanitario no especificad o en la tabla Nº 6, se determinar á en función del di ámetro d el ori ficio de alimen tación correspondi ente, indicado también en la tabla Nº 6.
PROCEDIMIENTO A SEGUIR EN ESTE METODO:
•
•
•
•
•
Elabore o trab aje sobre un diagrama isométrico de la tube ría de distri bución del sistema.
Por cada tramo especifique el número y tipo de piezas a serv ir por el mismo, recuerde que cada baño
indiv idual se toma como un conjunto, solo en los baños públicos en con teo de las piezas se hará por
separado.
Multiplicar los to tales de piezas sanitari as de igu al tipo, por su corr espondien te n úmero de unidad es
de gastos, según la tabla Nº 6
Totalice todos estos productos parciales.
Con el número total de u nidades de gastos qu e sirv e la red, se busca la capacidad del sistema (l ps)
en la tabla N° 5 indicada en los Anex os
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DIM ENSI ONAM I ENT O DE LA ALT URA DI NÁM ICA TOT AL DE BOM BEO:
El cálcu lo de la Altura Din á mica To tal es muy simp le ya que en e l proced imient o, algunos de
los tér minos de la ecu ación de l A DT se consideran co mo nu los y otros se cance lan . Por
eje mplo: La altura de succión se consideró sie mpre co mo pos itiva pu esto que la(s) bomba(s)
nor ma lme nte es su mergible ; la presión resid ua l se anu la puest o q ue, el ag ua se descarga en
la clo aca y se encu entra a pres ión at mosf érica
Sie ndo la A ltura Din á mica Tota l d e bo mbe o A DT la resultant e de la su mat oria de:
1. Dif erencia de cot as entre el sit io d e colocación de b o mb a y la cota superior del
tanqu e o c loaca a do nde se bo mbe a.
2. Las f ricciones ocurridas en la descarga de la mis ma, valvu ler ía ut ilizad a y montante hasta el t anq ue e leva do.
3. Pr esión res idua l a la descarga, ± 1,00 a 2,00 m., sie mpre y cuando no exista
una con trapresión con ocida en la lín ea d el acued ucto.
DIM ENSI ONAM I ENT O DEL POZ O DE REC OL EC CI ON O POZ O HUM EDO:
Para e l d imensio na mie nto del pozo, básica men te se cons iderará n dos pará metros:
•
•
Tie mpo d e de tención d e las agu as servidas e n e l pozo.
In tervalo entr e dos arra nqu es sucesivos del mot or de la bo mba.
TI EM PO DE DET ENCI ON
Es reco me nda ble (según la Gaceta Of icial v ige nte N° 4.04 4 extra ordin aria) co nsid erar un
tie mpo limite de 1 0 y 30 minu tos (T), por razones de au to biode gradac ión of ensiva. En tal
sentid o, es reco mend ab le que su capac ida d no exceda e l volu men eq uiva lent e a 30 minut os
de gast o me dio prob ab le ( Q), n i sea men or que el equ ivalent e a 1 0 minu tos de l mis mo .
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El volu men a calcu lar será un a porción co mprend ida e ntre el nive l mín imo y el máximo de
operación (V); q ued ando u n volu men del n ivel mínimo al f ondo co n suf icie nte alt ura para que
la b o mb a su mergib le f uncione ef icient e mente. Observe la f igura a nterior.
De los dos pu ntos ant eriores se de duce qu e el vo lu men d e det enció n, es f unción d el cau dal
med io pro bab le y d el tie mp o de det enció n.
INT ERVAL O ENT RE L OS A RRA NQUES SUC ESIV OS DEL M OT OR
Un intervalo d e t ie mpo e ntre los arra nques suces ivos de l motor de la bo mba pued e ser d e 7 10 min.
El vo lu men a co nsid erar, es el correspond ien te a la p orción de l pozo co mpren dido entre el
nivel mínimo de operac ión y el n ivel máx imo de op eració n. Es reco menda ble q ue la dist ancia
entre los dos n iveles supere los 0 .60 m.
Al igu al que para el cá lculo de los s iste mas hidro neu mát icos el caud al del af luen te d eberá ser
pref erible men te la mita d de l cau da l de la bo mba.
El volu me n f inal d el p ozo entre e l nive l mínimo de o peració n y el nive l máx imo d e oper ación
será calculado se gún la f ór mu la s igu ient e:
V u = 150 * Qb
(en litros par a u = 6 y Qb = \ Lts/s\)
dond e:
V u = Volu me n a evacuar d el h ú medo en lts,
Qb = Capacidad de la bo mba e n m³/ min.
A este volumen deb erla a gregarse el volu men de su merg enc ía de la bo mba y del de cá mara
de aire prevista , estos últimos valores de pend erán de l cubica je qu e se le dé a la ta nqu illa de
bo mb eo
En est a f ór mula se co nsidera qu e la cap acida d d e la b o mb a ( Qb) es el dob le d el caud al de
af luente (Qa) que llen a e l p ozo hú med o, co n lo cual, se lo gra u n int ervalo mín imo entre
dos arran ques sucesivos d e la bo mba .
POT ENCI A DE LAS BOM BA S:
El ca lculo de la pot encia de las b o mb as se hará en f unció n d e la sigu ie nte f ór mu la:
Para e l cá lculo de la pote ncia de la b o mb a, t ene mos:
HP
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=
Qb ( lt/s ) * H ( metros )
---------------------------------75 * n (%) / 100
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SEL ECCI ÓN DE L OS M OT ORES EL ÉCT RIC OS:
Sue le ocurrir q ue al calcu lar los d atos de una instalac ión de bo mbe o, no es pos ible pr ever
con exactitu d las pérdidas de carg a qu e se prod ucirán, por lo que en g enera l y por razon es
de segurid ad se ad mite n para e llas valores calcula dos por exceso. Si lueg o resulta q ue la
bo mb a h a d e impulsar a presión inf erior a la a ltura mano métrica calcu lad a, la pot encia a bsorbida será más elevada en casi tod os los casos, ya que el caudal impu lsado a u me nta si la
presión dis minuye .
Con ob jet o de evit ar sobrecargas a los motores, se f ija su pot encia no min al a ñad ien do a las
potenc ias calcu lad as los márge nes sig uie ntes:
50% apr ox. para
30% apr ox. para
20% apr ox. para
15% apr ox. para
10% apr ox. para
pote ncia
pote ncia
pote ncia
pote ncia
pote ncia
de
de
de
de
de
la b o mba h asta u nos 2 HP.
la b o mba h asta u nos 2 a 5 HP.
la b o mba h asta u nos 5 a 10 HP.
la b o mba h asta u nos 10 a 2 0 HP.
la b o mba sup erior a 20 HP.
Bom bas par a Aguas de Lluvia:
SIST EM A S DE EVA C UACI ON DE AGUAS DE LL UVIA
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La de ter minación del caud al posib le af luen te a un pozo de recepc ión de agu as de lluvia es
algo co mp lica do d eb ido a qu e este dep end e ún ica y exclus iva me nte
de f actores natura les los cua les son su ma mente diversos y ale atorios; por esta razó n no se
per mitirá, de acuerd o, con las nor mas, el uso de un mis mo pozo o tan quilla para la reco lección de agu as ne gras y d e lluv ia, aún cuan do el siste ma cloaca l p úblico se a u nit ario . Sin e mbargo ex isten proyecciones de la int ensid ad d e lluvia en muchas localid ades, las cuales se
expresan co mo líneas d e intens idad de lluvia co nstante , en el atlas pluvio métrico el cu al se
reco mie nda co nsult ar.
La cap acida d d e dre naje d e los e le mentos de l siste ma de reco lecció n y cond ucción de agu as
de lluvia, se calculará en f unción de la proyección h orizont al de las áreas drenad as; de la intensid ad, f recuencia y duración de las lluvias qu e ocurran en la respect iva loca lidad y de las
características y esp ecif icacion es de las mis mas.
To man do det allad a me nte to dos los f actores anterior men te me ncion ados, se logrará det er minar con muy buen a aproximació n, el caud al af lu ente e n un pozo de reco lección d e aguas de
lluv ia y se deb erá d ispo ner d e u n siste ma de bo mbeo co mp let o p ara la co nducció n y evacu ación de la mis ma. El cálcu lo de dich o siste ma se h ará siguiend o e l mis mo proce dimie nto y
consideraciones t o ma das en el dimens ion a mient o de los siste mas d e ag ua servid as.
La capac ida d de las unidad es de bo mbeo se calcu lará en f unció n d e la máxima intens ida d de
lluv ia registra da y del area a ser drena da por e l siste ma, d e acuerdo a las f órmu las antes indicadas.
EJ EM PL O DEL C ALC UL O DEL SI ST EM A DE BOM BEO PA RA AC HI QUE DE A GUA S
DE LL UVIA, SEGÚN A L O REC OM ENDA DO POR LA NORM A SA NITA RIA VI GENT E,
GAC ETA OFICIAL Nº 4 .044
Datos su min istrados p or el c lie nte:
Are a a dre nar:
1.500
m2
De los dat os anteriores, se desarrollará nuestro cá lculo d e acuerdo a lo suger ido e n el cap ítulo XXII: " De la recolección, cond ucción y disposic ión d e las Aguas de luv ia", Artículo 469:
Párrafo b.1. Las primeras 250 u nidad es de descarga se co mp utarán co mo el equ ivale nte a
60 m2
del área dr enad a.
Párrafo b.2. El exceso de unid ades de descarga por encima de las 250, se calculará n a base de una un ida d d e descarg a por cada 0,2 5 m2 de área de proyecció n hor izont al
drenad a eq uiva lent e.
De lo ant erior t ene mos:
60
1.440
1.500
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m2
m2 x
m2
4
=
=
=
250 Unid ades d e descarg a
5.760
Unid ades d e des carg a
6.010
Unid ade s de des carga
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Del resu lta do anter ior, nos ub icare mos en la tabla 5, de la me ncion ada nor ma a f in d e d eter minar e l gast o prob ab le e n litros p or segun do e n f unció n de l n ú mero de un idad es de gasto;
pero e n vist a d e q ue esta tab la tiene un a limitac ión de hast a 3 .900 u nid ades de descarga,
desarrollare mos el cá lculo s igu ien do la f órmula ut ilizada por la f ir ma Paco Pu mp Co, la cual
ind ica mos a cont inu ación :
Qd
Qd
Qd
=
=
=
0,081
0,081
28,05
x
(UG) 0.672
x
(6,410) 0.672
Lit/s e g
Capítulo XXX, “ Equ ipos de l Sist e ma de Bo mbeo par a Aguas Servidas”, Artículo 442 “Las
bo mb as para agu as servidas, d eberá n cu mp lir los siguient es requ isitos:
Párrafo b. "De capacid ad por lo menos ig ual a l 125 % d el gasto máximo af luent e a la tan qu illa de bo mbeo"; con lo cua l se o btiene el s igu ien te resu ltad o:
Qd = 28, 05 x 1,2 5 = 35, 06 Lit/s e g
Sin e mb argo, esta f ór mu la está basa da en u nidad es para el cálcu lo d e dot acion es de agu as
blancas o siste mas de bo mbe o para ag uas servidas; y no así para e l tipo de siste ma qu e se
requiere. Por tal motivo hace mos la reco mend ación de so meter el cálcu lo al estu dio, revisión
y aprobación p or part e de su in gen iero proyectista.
SISTEMAS DE BOM BEO PARA SERVICIO CONT RA INCENDIO
GENERAL I DA DES
To da edif icación bie n d iseña da deb e const ar ad e más de su red de distr ibución para agu as
blancas, d estin ada ya sea a l uso d o mést ico, in dustria l, etc., de un a red dest ina da a la extinción d e incend ios qu e se p ued an suscitar en la mis ma .
En el presen te cap ítu lo se expondrá n muchos de los pun tos a ser considerados en el dime nsiona mie nto de l siste ma de bo mbeo contra incend io, e n particu lar los siste mas f ijos de extinción con a gua por me dio de imp ulsión pro pio para e dif icios residenc iales según nor mas COVENIN , ya qu e las nor mas p ara of icinas, centr os co merciales e ind ustrias d ía a d ía se vu elcan
más a seg uir n or mas intern acio nales de l N.F.P.A.
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SIST EM A FIJ O DE EXTI NC ION C ON A GUA POR M EDI O DE IM PUL SION PROPI O
Co mo su no mbre lo in dica este siste ma consta de un me dio de imp ulsión tot alment e ind epend ien te (bo mba(s)) con su red de t uber ía, válvu las, b ocas de agu a y una r eserva per manente de a gua , la cual pue de ser: Un tan que bajo, u n tan que elevado u oro reservorio para
agua.
CLASI FICA CI ON DE L OS SI ST EM AS
El siste ma f ijo d e ext inción por agu a p or medio de impuls ión prop io se clasif icará seg ún el
diá metro de la vá lvulas y las conexiones o bocas d e a gua p ara la insta lación de las ma ngu eras, en: CLA SES I y II.
SISTEMA CLASE I
Es aq uel q ue utiliza bocas de ag ua acop ladas a vá lvulas d e d iá metro ig ua l a 1½ " y conect adas a sus correspond ie ntes mang ueras de ig ua l d iá metro.
SIST EM A CLASE II
Est e t ipo de siste ma se divide a su vez en dos clases, a saber CL ASE IIA Y I I B:
SIST EM A CLASE II A
Est e siste ma ut iliza dos b ocas de a gua de d iá metros d if erentes, u na de 1½ " a la que se le
conecta u na man guera de ig ual diá metro, y o tra b oca de 2½ " a la cual se le con ecta ta mb ién
una mang uera d e igua l d iá metro, y la mis ma está destinad a para el uso exclusivo de los
bo mb eros y/o perso nal de se guridad.
Para la mis ma se reco mien da que exista e n e l sit io d e u bicación u n acop le re ductor d e 2½ " a
1½ “.
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SIST EM A CLASE II B
Es aq uel qu e utiliza un a b oca d e a gua de 2½ " y a la cual se co necta una mangu era de ig ual
diá metro, ya sea e n port a mangu era ó arrollad a en espira l.
Cuand o en u na e dif icació n se encue ntren varios tipos d e ocupac ión, se t o mar án las exige ncias de protección de la ocu pació n de mayor riesgo , al men os que la actividad se a consid erada co mo sector de incen dio ind epen diente , en cuyo caso el siste ma se dimensio nará de
manera in dep end ien te p ara cad a tipo.
CA UDAL M I NIM O DEL M EDIO DE IM PULSIÓN
Para los sist e mas c lasif icados co mo Clase I, se d ispon drá d e u n med io de impu lsión con una
capacida d no me nor d e 6.5 lts/seg (100 GPM) por un ida d d e ed if icación.
Para siste mas considera dos co mo Clase II, el caud al mínimo de l me dio d e impu lsión d eberá
ser de 3 2 lts/seg (50 0 GPM) p ara cad a u nid ad de edif icación y p or cada ad icio na l se le deb erá agreg ar a la cap acida d de l siste ma 16 lts/seg (25 0 GPM).
En aq ue llas e dif icacio nes don de ex ista una so la b oca de agua co n ma ngu era, e l cauda l mínimo de berá ser, para e l med io d e imp ulsión, d e 3, 25 lts/seg (50 GPM).
La capacidad d el siste ma q ue a bastece a varias edif icaciones ten drá e l dob le d el cau da l requerido p or la ed if icación de mayor de man da.
ALM AC ENAMI ENT O DE A GUA
El vo lu men de la reserva d e agua , d eberá ser ta l que gara ntice el caud al requ erid o p or un
tie mpo no menor de 6 0 min, ig ualmen te será cu ando se ut ilice u na f uent e co mú n.
DET ERM I NA CI ON DE LA S PERDI DAS, PRESION M I NIM A REQUERI DA Y DIAM ET ROS
DE LA S T UBERIA S DE SUCCI ON Y DESC A RGA DE LA S BOM BAS
Las pérd idas d eb idas a la f ricción en la t uber ía , ca mbio de direcció n en válvu las y conexiones, as í co mo ta mb ién el cálcu lo d e la Alt ura Diná mica Tota l se o bten drán se gún lo explicado
en el ca pit ulo II, con la var iant e de que la Pr esió n Mín ima Residua l d eberá ser d e 45. 5 metros de co lu mna d e a gua (65 PSI) en la boca de a gua hidráu lica ment e mas desf avorable, con
el cau dal requ erido . En los sitios de presión mayor de 7 0 metros de co lu mna de agua (100
PSI) ( Siste mas Clase I y bocas de agua de 1½ " d e d iá metro de los Siste mas Clase II) se d eberán insta lar válvu las red uctoras de presió n sobre el ra ma l correspon die nte.
Los diá metr os de las tu ber ía, deb erán estar basa dos en el dise ño y cálcu lo hidrá ulico d e la
presión y e l cau da l mínimo est ablecido .
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