Cursurile 4 si 5

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
_
9.3.5 Staţii de pompare
Staţiile de pomare sunt utilizate în numeroase secţiuni ale sistemelor de
alimentare cu apă:
− la captarea apei pentru preluarea apei din sursă;
− în transportul apei unde configuraţia terenului necesită aceasta; se asigură
transportul apei de la cote mai mici la cote mai înalte;
− la componentele filierei tehnologice ale uzinelor de apă: golire nămol din
decantoare; spălare filtre;
− asigurarea presiunii în reţelele de distribuţie a apei.
Componentele ansamblului staţiei de pompare sunt:
− utilaje: electro-pompe sau moto-pompe;
− construcţia staţiei de pompare;
− anexe: electrice şi de deservire.
Alegerea soluţiei unei staţii de pomare are la bază:
− parametrii tehnologici: debit şi înălţime de pompare;
− calitatea fluidului: apa curată, nămoluri, suspensii gravimetrice;
− elemente de configurare în schema: pompe în camera uscată, umedă
(cheson), în conducta; disponibilitate tehnologică în alegerea utilajelor.
9.3.5.1 Electropompe
Principalele tipuri de pompe utilizate:
- turbo-pompe cu ax orizontal/vertical, monoetajate/multietajate, cu unic/dublu
flux, pompe de vacuum, axiale;
- pompe volumetrice: cu roţi dinţate, cu piston, cu membrană, peristatice;
- pompe cu fluid motor: hidroejector, aer-lift;
Utilajul electro-pompă se caracterizează prin: putere, debit şi presiune
realizată. Puterea pompei:
γ ⋅ Q ⋅ H
Pp
= [kW].
102 ⋅ η
unde:
Puterea motorului:
P
P = k
η
p
p
m
γ ⋅ Q ⋅ H
= k ⋅
102 ⋅ η ⋅ η
p
m
γ ⋅ Q ⋅ H
= k ⋅ [kW];
102 ⋅ η
Q – debitul pompat [m 3 /s];
H – înălţimea de pompare [m];
γ - greutatea specifică a fluidului pompat [daN/dm 3 ];
ηp – randament pompă;
ηm – randament motor;
η – randament agregat pompă-motor în poziţia de lucru η= 0,6…0,8;
101

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
_
k – factor de suprasarcină la pornire [1,2-1,4].
Fiecare utilaj este caracterizat de fabricant printr-o curbă caracteristică,
determinată în stand.
Figura 9.11 Curbele caracteristice ale unei pompe centrifuge.
Tabel 9.2. Domenii de utilizare a pompelor:
Tip pompa Domeniu recomandat
Debit (Q)
[m3 Calitate fluid
H
(caracteristic principale)
/h] [m]
1 Centrifuge cu ax
orizontal
5 - 450 2 - 55 Lichide curate sau puţin murdare.
2 Centrifuge, etajate cu
stuturile de aspiraţie şi
refulare orientabile
3 Centrifuge, monoetajate
cu rotor în dublu flux
4 Centrifuge, orizontale în
dublu flux
5 Centrifuge, în construcţie
verticală, centrifuge,
monoetajate.
6 Axiale, monoetajate, în
construcţie verticală
monoetajată.
7 Diagonale, mono si
multietajate, realizate în
construcţie verticală
5 – 90 15 -180 Alimentări cu apa potabilă, pompe
pentru apa de racire, pentru ridicarea
presiunii în diferite instalaţii.
275 - 6200 40 - 90 Pomparea apei curate sau puţin
încărcate, când acesata nu are un
caracter coroziv.
100 - 2000 25 - 150 Pentru vehicularea lichidelor curate
sau uşor încărcate neutre sau
agresive cu temperaturi maxime de
170 o C
100 - 1800 10 - 100 Instalaţii care vehiculează apa curată
sau uşor încărcată fără amestecuri
corozive şi temperaturii care nu
0,17 – 6,5
(m/s)
depăşesc 50 o C.
2,5 - 16 Destinate vehiculării apei curate sau
uşor încărcate, cu temperaturi
maxime de 35 o C.
75 - 12500 7,5 - 150 Destinate funcţionării în puţuri
forate şi platforme de foraj marin.
102

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
_
9.3.5.2 Stabilirea înălţimii de pompare
Figura 9.12 Elementele înălţimii de pompare
A
Aspiratie
A Σ hra
SP
Σ hgr
H gr
H ga
Refulare
R
R
A – aspiraţie
R - refulare
Elementele înălţimii de pompare:
H = Hg
+ ∑ hra
+ ∑ hrr
;
H g = H ga + H gr = CotaR
− Cota
max A min ;
Pierderi de sarcină pe aspiraţie:
2
v a ⎡ li
⎤
∑ h ra = ⎢ α i + ∑ λ i + ∑ ξ i ⎥ ;
2g
⎣ Di
⎦
Pierderi de sarcină pe refulare:
2
Q
∑ h rr = i ⋅ L =
⋅ L
2 2 CR ;
A ⋅ C ⋅ R
Hga + ∑ hra
≤ NPSHpompa
+ 0,
5(
m)
;
unde:
H – înălţime de pompare [m];
Hg – înălţime geodezică de pompare (diferenţa dintre cota maximă a apei în
rezervor R şi cota minimă a apei în A);
a, r – indici: aspiraţie, refulare;
αI, λI, ξI – coeficienţi de pierdere de sarcină hidraulică: neuniformitate a
vitezelor, pierderi de sarcină distribuite, pierderi de sarcină locale;
NPSH – inaltimea neta pozitiva de aspiratie.
A,C, R – parametrii conductei de redfulare (sectiune, coef. Chezy, raza
hidraulica)
103

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
_
9.3.5.3 Alegerea utilajelor şi definirea utilajelor hidraulice
Tipul de pompă se alege corespunzator cu:
- debitul şi înălţimea de pompare;
- calitatea fluidului;
- configuraţia amplasării: în foraj, camera uscată, cheson;
- siguranţa cerută de sistem în funcţionarea pompei.
Numărul de agregate se stabileşte funcţie de variaţia debitului în timp (orar sau
zilnic), mediul de lucru, siguranţa solicitată în funcţionarea sistemului şi garanţiile
oferite de constructor.
Pompa (pompele) este racordată la o instalaţie hidraulică formată din:
- sistemul de aspiraţie; se adoptă viteze între 0,6 si 1,0 m/s ; se evită acumularea
aerului în conductă, alegând traseul crescător;
- sistemul de refulare; în general mărimea vitezei se adoptă 0,8…1,5 m/s
(crescătoare cu mărimea debitului).
Fiecare pompă trebuie dotată astfel încât să poată fi izolată în ansamblul
sistemului; se prevăd vane pe aspiraţie şi refularea fiecarei pompe, clapet anti-retur pe
fiecare refulare.
104

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
Figura 9.13 Instalaţia hidraulică a staţiei de pompare
105

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
9.4 Tranportul apei: aducţiuni şi reţele de distribuţie
Ansamblul construcţiilor şi instalaţiilor care asigură transportul apei de la captare
la rezervoare (consumator) formează aducţiunea.
Alegerea soluţiei unei aducţiuni are la bază:
• poziţiile (cotele) amplasamentelor captării şi rezervoarelor;
• traseele disponibile: căi de transport apropiate, numărul minim de obstacole
(depresiuni s.a.);
• mărimea debitului şi calitatea apei transportate;
• disponibilitate tehnologică: materiale, dotări electromecanice, tehnologii de
execuţie, alimentare cu energie;
• obiectivele aducţiunii, siguranţa cerută.
Din punct de vedere hidraulic există:
• aducţiuni tip conductă:
Aducţiune gravitaţională Aducţiune gravitaţională sub presiune
Aducţiune prin pompare
• aducţiune tip canal (apeduct).
deschise inchise
106

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
9.4.1 Dimensionare aducţiuni
9.4.1.1 Aducţiune gravitaţională sub presiune
Se cunosc: debitul – Q, diferenţa de cotă între C (captare) şi R (rezervor), lungime
traseu L, caracteristica materialului 1/n.
unde:
Se cere să se determine diametrul Dn:
Q = AC RI ;
A – secţiunea [m 2 ];
C – coeficientul Chezy; C = 1/n R 0.166 ;
I – panta hidraulică – I=H/L.
Din expresia(cu dimensiuni in metri):
Q =
π
4
(D
⎡ 1 ⎛
) ⎢ ⎜
⎢⎣
n ⎝
2
D
4
⎞
⎟
⎠
0.166
⋅
D
4
⋅
H ⎤
⎥
L ⎥⎦
.
se poate obţine Dn – diametrul care poate transporta Q, pe lungimea L, printr-un material
caracterizat de 1/n, la o sarcină hidraulică H.
Valorile k = 1/n:
• 83 – conducte metalice;
• 90 – conducte din materiale plastice (PE, PVC, materiale compozite);
• 74 – beton.
Calculul practic se efectuează:
• prin aproximări succesive: diferite valori pentru D, pâna când se îndeplineşte
condiţia Q;
• cu ajutorul diagramelor pentru metal, beton, compozit; cu ajutorul acestora
cunoscând 2 valori (Q si I) se pot determina Dn si v.
9.4.1.2 Aducţiuni prin pompare
Secţiunea (diametrul) rezultă pe baza unui calcul tehnico-economic. Diametrul
economic reprezintă acel diametru (secţiune) pentru care se realizează cheltuieli anuale
minime din investiţii şi exploatare.
Se elaborează, grafic sau tabelar, calculul cheltuielilor anuale pentru diferite
diametre:
107

U.T.C.B. A.S.Dobre - Constructii edilitare____________________
unde:
unde:
aI
50
E
40
aI+E
Dec
I – investiţie;
I = p⋅L; p – costul unitar lei/m;
a – cota de amortisment: 10 ani → a = 0.1; 20 ani → a = 0.05;
E – cheltuieli totale cu energia de pompare;
F F C n
γ ⋅ Q ⋅ H
E = ⋅ ⋅ ;
102 ⋅ η
γ - 1 [tf/m 3 ];
Q – debitul [m 3 /s];
nF – numărul de ore de funcţionare al staţiei de pompare;
CE – cost unitar energie [lei/kWh];
H – înălţimea de pompare;
H = H + h + h ;
g
g
max
Rez
ra
min
asp
rr
H = C − C ;
hra – pierderea de sarcină pe sistemul de aspiraţie (≈ 1.0 m);
hrr – pierderea de sarcină pe conducta de refulare;
h rr = I ⋅ L =
2
Q
⋅ L (dimensiuni în m);
2 2
A C R
= g + ra +
2
Q
⋅ L
H H .
h 2 2
A
C
R
30
Se observă că înălţimea de pompare variază invers proporţional cu diametrul Dn.
În practică se utilizează noţiunea de viteza economica (corespunzatoare diametrului
economic):
− vec – 1.0 m/s, pentru Q < 300 dm 3 /s si funcţionare permanentă (nF = 8760 m);
− vec – 2 - 3 m/s, pentru Q = 300-500 dm 3 /s şi/sau funcţionare nF = 500 – 800 ore/an.
108
aI
20
Di 10
E
30
25
20
15
10
5
0