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Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente
Área de Ingeniería Química
BALANCES DE ENERGÍA: FLUIDOS
PROBLEMAS
1 .- Se desea transportar agua desde un embalse hasta un depósito para riego. La descarga de la conducción se encuentra 20 m por encima de la superficie del embalse y su longitud total es de 1500 m. El depósito tiene una capacidad de 1000 m3 y el tiempo de llenado debe ser inferior a 2 horas. Calcular la potencia mínima de la bomba que debe impulsar el agua si la conducción es de polietileno (f = 0,02) y de 400 mm de diámetro.
2.- Diseña un bombeo de fangos primarios: el caudal de agua residual de entrada en la planta es de 24. m^3 /día y su concentración en SS es de 500 mg/L. El rendimiento del decantador primario es del 60% y la concentración de los fangos primarios del 3%. Se bombea el caudal diario en cinco horas a través de una tubería de polietileno (f = 0,02) de 150 mm de diámetro y una longitud de 350 metros, con una cota diferencial de 20 metros. Considerar = 1.000 kg/m^3. Determinar:
a) Caudal de fangos primarios (Q 3 , m^3 /día) y caudal (Q 2 , m^3 /día) y concentración (C 2 , mg/L) del efluente del decantador. b) Energía específica (J/kg) y potencia útil necesaria en la bomba (kW). c) Potencia absorbida (kW) por una bomba que tiene un rendimiento del 70%.
Bombeo fangos primarios
Q 1 = 24.000 m^3 /día C 1 = 500 mg/L Q 3 C 3 = 3%
ENTRADA Q 2 C 2
QB
20 m
4.- El caudal de alimentación de agua residual a la entrada en una planta depuradora es de 50.000 m^3 /día y su concentración en SS es de 300 mg/L. El rendimiento del espesador es del 90% y la concentración del sobrenadante X 3 es del 0,2%. Se obtiene un caudal de fango espesado (Q 5 ) de 200 m^3 /día a la concentración X 5 de 50 g/L. Determinar:
a) Caudal de fangos primarios Q 4 (m^3 /día) y caudal (Q 2 , m^3 /día) y concentración (X 2 , mg/L) del efluente del decantador. b) Caudal del sobrenadante Q 3 del espesador (m^3 /día). c) Caudal y concentración de entrada al decantador (Q1, X 1 ). d) Si el caudal diario de fangos espesados se ha de bombear en un tiempo de 4 h/día, calcular el caudal de la bomba a instalar (QB, m^3 /h). e) La altura del bombeo de los fangos a digestión es de 30 metros, la conducción es de acero (factor de fricción = 0,015), de diámetro 100 mm y longitud 400 m. Hallar las pérdidas por fricción en la conducción y la energía específica (J/kg) y la potencia útil (kW) necesarias. Considerar la densidad de todas las corrientes = 1.000kg/m^3. Despreciar el término de energía cinética. f) Si la bomba instalada tiene un rendimiento del 75%, calcular la potencia absorbida.
ALIMENTACIÓN (^) Q 1 X 1
Q 2 X 2
Q 5 X 5
Q 4 X 4
Q 3 X 3
Rendimiento = 90% QB
Sobrenadante
DEC. 1º^ EFLUENTE
ESPESADOR
30 m DIGESTOR
5.- El sistema de abastecimiento de agua ( = 1.000kg/m^3 ) a una población consiste en un depósito de 500 m^3 de capacidad, una estación de bombeo y una conducción de elevación desde un estanque próximo. Del depósito se puede extraer un caudal máximo de 100 m^3 /h, y el sistema de elevación se pone en marcha cuando la cantidad total de agua en el depósito es inferior a 100 m^3. Este sistema debe ser capaz de llenar el depósito de almacenamiento en un tiempo máximo de 4 horas.
La diferencia de cotas entre la superficie del estanque y la descarga de la conducción es igual a 100 m, la conducción tiene una longitud total de 2.500 m y es de diámetro 200 mm (siendo el factor de fricción f = 0,007). Los accidentes instalados en la conducción (válvulas, codos y caudalímetros) aportan una pérdida de carga equivalente al 10% de la longitud de la conducción. Determinar: a) Caudal que debe suministrar la bomba. b) Pérdida de energía por fricción en la conducción. c) Potencia requerida. d) Potencia absorbida por una bomba que tiene un rendimiento del 70%.
Bomba
100 m
Q = 100 m^3 /h
Nivel máx.
Nivel min.
7.- El vertido del efluente de una planta depuradora hasta el mar se efectúa mediante una conducción de diámetro 500 mm. La salida de la planta se encuentra 30 m sobre el nivel del mar, mientras que la profundidad de vertido es 15 m bajo la superficie. La longitud del tramo terrestre de la conducción es 2. m, mientras que la del tramo sumergido es 1.000 m.
a) Determinar el caudal (m^3 /h) que puede verterse así como la velocidad de circulación (m/s) a través de este sistema, si se admite que el factor de fricción (f) tiene un valor constante igual a 0,0075, siendo las densidades del agua vertida y del agua de mar 1.000 y 1.050 kg/m^3 , respectivamente. b) Con el fin de aumentar la capacidad de vertido se ha propuesto sustituir el tramo terrestre por una conducción de diámetro 600 mm (f = 0,005), manteniendo el tubo de 500 mm en el tramo submarino. ¿Cuál será el caudal que puede circular en este caso?
30 m
15 m
L 1 = 2.500 m
L 2 = 1.000 m
Depuradora
MAR
8.- Una estación de bombeo de agua residual tiene la solera del pozo de bombeo 20 m por debajo de la cota de descarga de la bomba. La bomba es capaz de suministrar un caudal de 600 m^3 /h a través de una conducción de 400 mm de diámetro y 1.000 m de longitud, con un factor de fricción f = 0,007 y un rendimiento = 0,7, cuando el nivel del agua en el pozo de bombeo se encuentra 5 m por encima de la solera. En estas condiciones determinar:
a) Velocidad de circulación del agua en la tubería (m/s). b) Energía específica (Ŵs) suministrada por la bomba (J/kg). c) Potencia (kW) demandada por la bomba.
En el caso de que el nivel del agua en el pozo de bombeo se encuentre situado 1 m por encima de la solera, y si la energía específica (Ŵs) suministrada por la bomba es igual al caso anterior, determinar: d) Velocidad de circulación (m/s) y caudal (m^3 /h) elevado. e) Potencia (kW) demandada por la bomba en este caso. Despreciar la energía cinética en la ecuación del balance de energía. La densidad del agua es igual a 1000 kg/m^3.
Patm
Patm
20 m
5 m 1 m
L = 1000 m D = 0,4 m
