Proyecto de diseño del sistema de abastecimiento de agua del futuro núcleo urbano de Villarrubia de Santiago (Toledo)

Abstract

E! propósito del proyecto es el de diseñar la red principal de abastecimiento de agua de un núcleo urbano que actualmente se encuentra en fase de proyecto. Se ubicará en la localidad de Vitlarrubia de Santiago, en la provincia de Toledo (Comunidad autónoma de Castilla-La Mancha) Se va a edificar una zona residencial recreativa con 2500 viviendas. Las necesidades básicas generadas por este número, así como la consideración de las múltiples instalaciones recreativas existentes( campo de golf, piscinas, etc) son la base para el cálculo de los requerimientos que van a dimensionar el sistema de abastecimiento de agua objeto del proyecto. Así mismo se determina la altura específica que debe aportar la bomba, considerando las exigencias de presión en el consumo y las pérdidas hidráulicas, tanto en el ascenso como en el descenso del agua. Realizados los cálculos citados resulta un caudal nominal de 0.985 m^/s y 123 m.c.a. como altura efectiva. Quedando ya definido el número específico de revoluciones de la bomba, se toma un modelo hidráulico semejante de la base de datos disponible. Aplicando las leyes de semejanza se obtienen las curvas características y dimensiones del prototipo a emplear. Inicialmente se escoge un rodete de flujo mixto de simple aspiración. Pero el NPSH requerido con este tipo de rodete en esta instalación es demasiado alto y exige la construcción de una bomba demasiado larga. Se opta por emplear un rodete de doble aspiración. De esta forma disminuye enormemente el NPSHr, permitiendo una bomba más corta y por tanto más barata. Además el empuje axial es mucho menor, tan sólo el peso del eje y el rodete, ya que este tipo de rodetes se encuentran equilibrados hidráulicamente. Conocidas las dimensiones hidráulicas se pasa a dimensionar todos los elementos que componen la instalación( eje, chavetas, elementos difusores, chavetas, tuberías, etc). Tanto en el diseño de la bomba como en el resto de elementos, se han seguido los criterios usados habitualmente en la industria en cuanto a dimensionamiento, materiales, geometrías, etc. En el cálculo, se han tomado modelos matemáticos, chequeando,en algunos casos, el resultado obtenido con el programa de elementos finitos ANSYS. Existe un campana de aspiración en cada entrada, que dirigen el fluido, favoreciendo una entrada sin circulación hasta el rodete. Este es de tipo radial, cerrado y de doble aspiración. El agua es recogida después por la voluta, donde progresivamente se va transformando la mayor parte de su energía cinética en energía de presión. El diseño de esta es tal que está transformación tiene un alio rendimiento hidráulico( cercano al 90%).EI agua es conducida hasta la columna de impulsión, donde ya se alcanza la velocidad de transporte. Sg han acoplado anillos de rozamiento solidarios a la carcasa y al rodete, enfrentados y con un estrecho ajuste, de tal forma que se minimicen las pérdida por cortocircuito. Tanto las campanas de aspiración como el sistema difusor están construidos medíante fundición, empleando un acero del tipo ASTM 217 WC5 especial para recipientes a presión. El rodete está cofusíruido con bronce de alta resistencia( ASTM B584), pues se requiere una alta resistencia a la erosión. El resto de elementos tales como columna de impulsión, codo de descarga, tuberías, etc están construidos con acero al Carbono A 42 RAII, bien en forma de elementos conformados{ como por ejemplo la columna o el codo) o bien en forma de planos para el posterior plegado( para la construcción de las tuberías). S g han empleado cojinetes de goma lubricados por el propio agua de bombeo, en contacto con camisas de acero inoxidable ASTM 276 410 que envuelven y protegen la superficie del eje, construido del mismo material. Este se compone de semiejes con una longitud total de 4875 mm. Esta acoplado al eje del motor mediante un acoplamiento rígido. Además del par, también se transmite el esfuerzo axial correspondiente ai peso del eje y el rodete, ya que es el cojinete del motor el que soporta esta pequeña carga axial. A !a salida del codo de descarga de cada bomba se coloca la válvula de regulación, de tipo mariposa y motorizada. A continuación un colector recoge el fluido, desde el cual parte la tubería que conduce hasta el punto de depuración y almacenamiento, que abastecerá a la población y cuyo cálculo se basa igualmente en las necesidades del núcleo urbano sobre la base de 12 horas de consumo. El sistema de abastecimiento y depuración constará de un depósito de decantación sólida ( donde el agua permanece estancada durante 10 horas), un filtro rápido de arena y ,por último, un depósito de agregación de aditivos que a la vez sirve de depósito de abastecimiento. La bomba es movida por un motor eléctrico trifásico, vertical, de rotor de jaula de ardilla de dos pares de polos, con una potencia nominal de 1450 kW, modelo PNCC 500 LA6 de la empresa ABB, con una protección del tipo IP54, aislamiento clase F y refrigeración por intercambiador aireaire El hecho de que se trate de un diseño de la bomba únicamente aplicable a estas condiciones hacen que tan solo se produzcan dos unidades de la misma( actuarán como principal y de apoyo alternativamente). Este hecho obliga a minimizar al máximo las operaciones de mecanizado, pues la necesariamente larga y cuidadosa preparación de las mismas no se justifica con una serie tan corta. Con este criterio se han descrito todos los pasos a seguir en la fabricación y se adjuntan los planos de los distintos elementos que componen la instalación. También se realizan las indicaciones necesarias en lo referente a montaje y mantenimiento de los cqMipos ( verificación de elementos, alineamiento de ejes, estado de los materiales, etc). Así mismo se enumeran y describen los ensayos no destructivos que garantizan un perfecto servicio de los elementos examinados.