INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA SANITARIA Sistemas de Saneamiento Coordinador: Ing. Magdalena Rezzano Docentes: Ing. Danilo Rios Ing. Julieta Lopez Ing. Nicolás Rezzano Ing. Mauro D’Angelo Ing. Nicolás Cunha

Estaciones de bombeo Aplicaciones en saneamiento En terrenos planos, los colectores que transportan el agua residual hacia la estación de tratamiento se pueden profundizar de tal modo que se tornaría inviable la disposición final sólo por gravedad. En saneamiento, las aguas residuales son bombeadas con los siguientes propósitos: - Para ser conducidas a lugares distantes. - Para iniciar un nuevo tramo de escurrimiento por gravedad (para conseguir una cota más elevada)

Estaciones de bombeo Aplicaciones en saneamiento

Sistemas de bombeo Bombas centrífugas

Sistemas de bombeo Bombas centrífugas a) De eje horizontal

Sistemas de bombeo Bombas centrífugas b) De eje vertical para instalación en pozo húmedo

Sistemas de bombeo Bombas centrífugas c) De eje vertical para instalación en pozo seco.

Sistemas de bombeo Bombas centrífugas Cuando se compra la bomba se debe especificar que va a ser para bombeo de aguas residuales Por el hecho de impulsar líquidos sucios que contienen materias en suspensión, líquidos abrasivos, etc. deben poseer un tipo especial de rotor (impulsor). (Diferente material, aberturas, etc.)

Estación de bombeo tipo. Bomba sumergible Planta

Estación de bombeo tipo. Bomba sumergible Corte A-A

Estación de bombeo tipo. Bomba eje vertical en pozo seco Planta y corte

Estación de bombeo tipo. Bomba eje vertical en pozo seco Corte

Bombas tornillo Funcionamiento al aire libre A presión atmosférica Altura que puede vencer: desnivel entre extremidades del tornillo, colocado en su posición de funcionamiento. Considerar aspectos de transporte y colocación dentro de la planta

Bomba Tornillo

Diseño hidráulico del pozo de succión Volumen del pozo Qa=Qmáx,d_fin : Caudal afluente, de entrada al pozo de bombeo. QB: Caudal de bombeo Tc: Tiempo de ciclo; tiempo entre dos arranques consecutivos de la bomba tLL : Tiempo que demora en llenarse el pozo tv : Tiempo que demora en vaciarse V: Volumen útil del pozo

Diseño hidráulico del pozo de succión Volumen del pozo Para hallar el volumen útil mínimo, se halla la relación entre QB y Qa para Tc mínimo : Sustituyendo:

Diseño hidráulico del pozo de succión Volumen del pozo Tiempo de permanencia de las aguas residuales en el pozo: 30 min para inicio del período: t=V/Qmed,i 30 min Tiempos mayores: Producción de malos olores, desprendimiento de gases y acumulación de lodos en el fondo del pozo. Número máximo de arranques de la bomba por hora: 10 (El fabricante de las bombas brinda este dato) Tc 6 minutos.

Diseño hidráulico del pozo de succión Profundidad del pozo de succión A partir del nivel del terreno, será determinada por: Cota de entrada del afluente Altura requerida para la instalación de la bomba y piezas especiales Nivel mínimo de sumergencia

Dispositivos complementarios Se requieren de los siguientes dispositivos auxiliares: Instalaciones de rejas previo a la entrada al pozo de succión: Todas las bombas, independientemente de su tamaño, pueden obstruirse con trapos y otros materiales normalmente presentes en el agua residual Normalmente de limpieza automática. Aliviaderos y by-pass (En caso de algún problema en el sistema de bombeo) Puente grúa: para suspensión del sistema de bombeo

Controles y alarmas: Controles automáticos: Se basa en el control del nivel de agua en la cámara de aspiración. Los sistemas de control generalmente utilizados son los flotadores, electrodos, tubos de burbujas, medidores sónicos y tubos de capacitancia. Controles manuales: Además del control automático, las bombas deben poder ser accionadas manualmente durante emergencias en las que los controles automáticos no funcionen. Alarmas: Deben incluir los siguientes elementos: Nivel máximo del agua en la cámara de aspiración Nivel mínimo del agua en la cámara de aspiración

Sistemas de Saneamiento Materiales empleados en las tuberías de impulsión Características que debe cumplir el material a utilizar: No perjudicar la calidad del agua, no debiendo ser disuelto por el agua y en caso de disolverse no provocando daños a los usuarios La sección de la tubería no deberá sufrir modificaciones y su rugosidad interna no deberá sufrir alteración sensible a lo largo del tiempo, de forma de asegurar el Q de escurrimiento deseado Deberá resistir a los esfuerzos internos (inclusive durante transitorios hidráulicos) Deberá satisfacer las condiciones técnicas al menor costo, tener durabilidad, permitir el menor número de juntas y facilitar la operación y el mantenimiento.

Sistemas de Saneamiento Materiales usuales: Tubos metálicos: Fundición gris: no se corroe Fundición dúctil: mayor flexibilidad Acero: flexible pero necesita protección contra la corrosión Tubos no metálicos: Hormigón pretensado PEAD (Polietileno de Alta Densidad) PRFV (Plástico reforzado con Fibra de Vidrio)

Sistemas de Saneamiento Tuberías de acero: Ventajas: alta resistencia a presiones internas y externas, sin pérdidas por las juntas (cuando son soldadas). Desventajas: poca resistencia a la corrosión externa (necesita protección contra la corrosión), se requiere cuidado en el transporte y almacenamiento. Es competitivo para grandes diámetros y altas presiones Tipos de juntas: Soldada (buena estanqueidad, alta resistencia mecánica por lo que no requiere anclajes) Elástica (permite deflexiones manteniendo buena estanqueidad, no se requiere arena para la capa soporte) Bridada (facilita el montaje y desmontaje, no requiere anclajes)

Sistemas de Saneamiento JUNTA SOLDADA JUNTA ELASTICA JUNTA BRIDADA

Sistemas de Saneamiento Revestimientos: Revestimientos externos que le dan resistencia contra la corrosión: pintura a base de resina epoxy (FBE – fusion bonded epoxy), epoxy y polietileno (polietileno triple capa), etc. Revestimiento interno que le da resistencia a la humedad: coaltar epoxy (epoxy líquido) Transporte y almacenamiento: Se debe cuidar el buen estado de los revestimientos interno y externo (especialmente durante la carga y descarga, para evitar que el revestimiento sea afectado por ganchos de apoyo) Los tubos deben ser colocados en pilas no muy altas, sobre estantes de madera acolchonados con material no abrasivo. No deben ser apoyados en el terreno.

Sistemas de Saneamiento Tuberías de hierro fundido dúctil: Ventajas: material más elástico que el acero, resistente a la tracción y los impactos; alta resistencia a presiones internas y externas. Desventajas: se requiere cuidado en el transporte y almacenamiento. Tipos de juntas: Elástica (la más usada en cañerías enchufe-espiga, permite deflexiones manteniendo buena estanqueidad; fácil de montar) Bridada (junta rígida que facilita el montaje y desmontaje; no requiere anclajes)

Sistemas de Saneamiento Junta de montaje: Junta Gibault: Formada por un tubo intermedio con los dos extremos a bridas que se apretan mediante bulones, y que sirve como pieza de montaje, absorbe movimientos de dilatación y deflexión. En el cuerpo central consiste en un tramo que envuelve los dos extremos de la cañería. JUNTA GIBAULT

Sistemas de Saneamiento Revestimientos: Revestimiento externo de zinc metálico Revestimiento interno de mortero aplicado por centrifugación Transporte y almacenamiento: Se debe cuidar el buen estado de los revestimientos (especialmente durante la carga y descarga) Los tubos deben ser colocados en pilas no muy altas, con separadores de madera. No se recomienda el almacenamiento durante tiempos prolongados debido al desgaste de los revestimientos por la acción del sol y las lluvias.

Sistemas de Saneamiento Tuberías de polietileno: Se utilizan tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) que presentan gran flexibilidad. Ventajas: menor peso, alta resistencia al impacto, mayor flexibilidad, baja rugosidad, alta resistencia a la corrosión, mayor facilidad de manejo Desventaja: baja resistencia a presiones internas elevadas Tipos de juntas: Junta roscada Bridada (Porta-brida + brida)

Sistemas de Saneamiento Tuberías de polietileno: Tipos de juntas: Soldada por termo-fusión Soldada por electro-fusión

Sistemas de Saneamiento Tuberías de PRFV: Ventajas: bajo peso, alta resistencia a la corrosión, baja rugosidad, posibilidad de fabricación flexible (“a la medida”) Desventaja: se debe tener cuidado con el manejo de las tuberías Admiten instalación a la intemperie; se puede pintar exteriormente por mayor seguridad (pintura a base de uretano). Se fabrican en diámetros de 300 a 2400 mm y pueden fabricarse diámetros mayores a pedido. Tipos de juntas: elástica, bridada

Sistemas de Saneamiento Colocación en el terreno Cargas sobre tuberías enterradas: Las tuberías enterradas están sometidas al peso del terreno ubicado sobre ellas y a cargas móviles (tránsito), lo que puede generar deformaciones en la sección de la cañería. Por eso se debe mantener una tapada mínima que asegure la resistencia de la tubería: Material Tránsito leve Tránsito pesado FD 0.50 0.70 Acero HºAº 0.90 PEAD 0.80 1.20

Sistemas de Saneamiento Relleno de la zanja: Capa soporte: El fondo de la zanja deberá ser excavado 10 cm por debajo de la cota de la generatriz inferior del caño. Ese tramo se rellenará con arena. Cuando el terreno sea rocoso la sobre-excavación será de 5 cm y se rellenará con arena. Cuando el terreno sea inestable la sobre-excavación será de 15 cm y el relleno será con material estable (primeros 7cm) y arena (el resto). Relleno inicial: El relleno de la zanja se hará con material desmenuzado proveniente de las excavaciones (salvo tierra vegetal o terrenos con elementos que puedan dañar la cañería). El relleno inicial tendrá una altura tal que sobrepase 30 cm el borde superior del caño

Sistemas de Saneamiento Relleno final: Por último se continuará el relleno de la zanja por fajas horizontales de 30 cm de espesor, cada una de las cuales deberá ser regada con agua y compactada antes de colocar la siguiente. Pruebas hidráulicas Se realizan dos pruebas hidráulicas. Se llena la tubería con agua hasta alcanzar una presión igual a 1,5 veces la presión de trabajo, se deja durante 2 hs (primera prueba) y 1 hs (segunda prueba). El sistema se aprueba si no se detecta ninguna pérdida.

Sistemas de Saneamiento Anclajes de las tuberías En las tuberías a presión y piezas se generan esfuerzos que deben ser absorbidos externamente por macizos de anclaje, que son estructuras de hormigón que tienen como función absorber y transferir esos esfuerzos al suelo. Las tuberías están sometidas a: Tensiones longitudinales causadas por la presión interna, que no se anulan cuando hay una variación en la dirección de la tubería Tensiones de flexión debidas al peso propio de la tubería y el agua, y a cargas externas Tensiones causadas por la reacción de los apoyos

Construcción de las estaciones de bombeo Anclaje: - Las tuberías han de anclarse para resistir los empujes en: cambios de dirección, codos, conexiones. Ventilación: La cámara seca debe tener una buena ventilación. Cámara seca: La cámara seca alberga a las bombas y al conjunto de válvulas En todas las estaciones de bombeo, con excepción de las de tamaño más pequeño, deben instalarse escaleras de acceso a la cámara seca, construidas de acero galvanizado.

Ejemplo de planta de estación de bombeo

Ejemplo de corte de estación de bombeo

Sistemas de Saneamiento Esquema típico de una estación de bombeo: