01 - Sistemas de Bombeo - Introducción Sistemas de Bombeo

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Estaciones de Bombeo Prof. Miguel ASUAJE Abril 2009

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Estaciones de Bombeo

Prof. Miguel ASUAJE

Abril 2009

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Objetivos

Objetivo General

Instruir al estudiante con los conocimientos y criterios necesarios para el diseño de los sistemas integrados de una estación de bombeo – confiable, fácil de operar y mantener – para diferentes tipos de servicios en la industria.

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Objetivos

Objetivos Específicos

Manejar los fundamentos para un efectivo diseño que incluya hidráulica, tuberías, golpe de ariete, electricidad, teoría y descripción de bombas

Seleccionar los grupos bomba-motor y realizar el trazado de tuberías de la estación

Desarrollar habilidades de reporte y comunicación con disciplinas de soporte como instrumentación, ruido y vibraciones

Comparar estaciones de bombeo, evitar graves errores en su diseño

Estimar costos

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Contenido

INTRODUCCIÓN El Proyecto de Sistemas de Bombeo

Flujo en tuberías a presión:

Fundamentos de hidráulica en tuberías: Fundamentosde hidráulica en tuberías. Selección de material detuberías. Descripción de tuberías, conexiones bridadas ysoldadas, sellos. Diseño de tuberías: espesores, bridas ysoportes. Válvulas para el control del fluido bombeado.Tipos, selección, instalación y protección a corrosión deválvulas. Fundamentos de la hidráulica no-permanente(Golpe de Ariete), control de problemas del flujo enrégimen no-permanente.

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Contenido

Fundamentos Eléctricos y Principios de Sistemas de Potencia: Cálculos eléctricos esenciales para estaciones de bombeo. Coordinación de diseño eléctrico con otras disciplinas.

Criterios de Selección de Bombas: Tipos de bombas. Comportamiento de las bombas en operación. Selección y especificación de bombas. Regulación de bombas. Arranque y parada de bombas. Análisis hidráulico de sistemas de bombeo.

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Contenido

Proyecto de Estaciones de Bombeo: Condiciones de Succión. Diseño de tubería y tanque de succión. Instrumentación y Supervisión del funcionamiento de las bombas. Vibraciones y ruido. Instalación de bombas. Operación y control de la estación de bombeo. Accionamiento de las bombas. Ejemplos de diseño de estaciones de bombeo. Evitar errores de diseño en las áreas de: localización, ambiente, seguridad, hidráulica, bombas, válvulas, mecánica, eléctrica, especificaciones, economía.

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Contenido

Estaciones de Bombeo para Diferentes Tipos de Servicios: Suministro de agua potable. Industria petrolera y petroquímica. Sistema contra incendio. Tratamiento de aguas residuales. Aguas negras. Centrales termoeléctricas de vapor. Acumulación por bombeo.

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Bibliografía

Karassik I., Krutzsch W., Fraser W., Messina J.,Pump Handbook, second edition, McGraw Hill, New York 1986

Larry W. Mays (Ed.), Water Distribution Systems Handbook

McNaughton K., Bombas. Selección, Uso y Mantenimiento, McGraw Hill, New York 1989

Manuel Vicente Méndez, Tuberías a Presión, Publicaciones UCAB 1995

Robert L. Sanks, Pumping Station Design (2nd Edition).

Andre Savatier, Les Pompes et le Stations de Pompage. La documentation Francaise Paris Francia 1994

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Introducción

Proyecto Sistemas de Bombeo

Objetivos:

Desplazar un líquido desde una fuente, ej. Río

Desplazar Volúmenes considerables de fluido

Incrementar presión a un determinado fluido para un determinado fin

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Casos de Estaciones de Bombeo

Caso A

Sistema requiere Tubería de Presión

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Casos de Estaciones de Bombeo

Caso B

Sistema requiere Tubería de Caudal

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Casos de Estaciones de Bombeo

Caso C. Inversión mas viable que el canal

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Casos de Estaciones de Bombeo

Ejemplo Caso B

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Casos de Estaciones de Bombeo

Caso D. Requerimiento Operativo de Presión

Ramal de red de acueducto, donde se debe suministrar a los usuarios un caudal q con una presión de entrega no menor que cierto valor mínimo

establecido por las normas de diseño

P>(P) Mínima Recomendable

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El proyecto de una aducción, tubería forzada, estaciones de bombeo debe realizarse con un enfoque interdisciplinario.

Especial y Atención a aspectos como:

Proyecto Sistemas de Bombeo

1. Caudal de Diseño. Distribución espacial y temporal2. Período de Diseño3. Factores hidráulicos4. Topografía. Restricciones piezométricas en puntos

de alimentación y entrega5. Factores geológicos6. Factores económicos7. Clases y características de tuberías8. Factores constructivos9. Aspectos energéticos10. Factores ambientales, ecológicos e institucionales11. Restricciones derivadas del uso y tenencia de tierras12. Calidad físico-química del agua13. Restricciones de acceso14. Recomendaciones de diseño

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EspecialidadCosto aproximado

del diseño [%]

Planificación y manejo del recurso (fluido)

5-15

Inspecciones 0,5-1

Ingeniería de suelos y fundaciones 2-10

Ingeniería Hidráulica 5-15

Análisis de efectos transitorios 0-2

Ingeniería Estructural 20-35

Ingeniería Mecánica y Civil 15-40

Ingeniería Eléctrica 10-30

Ingeniería de Instrumentación 2-5

Arquitectura 0,5-2

Especificaciones y administración de contratos

5-10

Ingeniería de Construcción 15-50

Arranque, operaciones, revisiones 5-20

Cuido con cálculos hidráulicos!– Establecen la capacidad de

la estaciónCapital total (costo)

Importante– Selección y especificación de

equipo mecánico (confiable) Estándares

– Entender métodos de control– Disponer de equipo para

monitoreo– Recomendaciones de

fabricantes– Seguridad (NFPA 101: Life

Safety Code)

Proyecto Sistemas de Bombeo

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La calidad del producto del proyecto es ampliamente dependiente de la gran variedad de códigos y especificaciones estándar

Indispensable ayuda para el control de calidad

Las especificaciones deben ser precisas y claras

Los estándares son especificados en documentos de contratos por un simple código como “ANSI B16.1” , “ASTM B43” , “STD ASME B31.1”

Existen estándares para tuberías, válvulas, materiales, bombas…Ejm: AWWA American Water Works Association

Estándares y Códigos

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Recomendaciones de Fabricantes

Se debe ser cauteloso con el seguimiento de las recomendaciones de fabricantes

Exigen el uso de sus productos al límite Disminuir precios!

Y aseguran: Los productos tendrán el desempeño deseado sí:

Sus instrucciones son seguidas exactamente;

Si las condiciones de operación son las más correctas para su uso

Estás restricciones son raras veces encontradas en una instalación:

Diseñadores: Diseños más conservativos

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Seguridad

Fatales accidentes pueden ocurrir en Estaciones de Bombeo

Diseñadores deben procurar:

Buenos diseños

Alertas e instrucciones para operación y mantenimiento (manuales O&M)

Un diseñador debería leer un código de seguridad:

NFPA 101, Life Safety Code, National Fire Protection Association, Quincy, MA

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Impacto Ambiental

La planificación, diseño, construcción y operación de estaciones de bombeo debe considerar los requerimientos ambientales del proyecto

Algunos impactos potenciales adversos:

Aguas más turbias y con sólidos en suspensión

Pérdida de hábitat (Riviera y acuático)

Cambios en hidrología y hidráulica

Ruido producido por el motor

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Equipos y Accesorios

Tuberías

Equipos

Bombas

Intercambiadores de calor

Tanques

Accesorios

Filtros

Válvulas

Medidores

Equipos Involucrados

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Ej. Estaciones de Bombeo

E/B de Agua Potable

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Ej. Estaciones de Bombeo

E/B de Agua con Diques de contención

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Ej. Estaciones de Bombeo

E/B Aguas blancasDetalle Interior de Casa de

Máquinas

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Ej. Estaciones de Bombeo

E/B Aguas blancasDetalle Interior de Casa de

Máquinas

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Ej. Estaciones de Bombeo

An Example of an Interstage Pumping Station on a Sewage Works Supplying Feed to Tertiary Filters and Also Incorporates the Recirculation and Washwater Pumps. This is a Typical Example of a Refurbished Submersible Pumping Station on a Sewage Treatment Works.

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Sewage Treatment

Ej. Estaciones de Bombeo

P & I

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Ej. Estaciones de Bombeo

Diagrama de Conexiones Eléctricas

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Ej. Estaciones de Bombeo

Aguas Negras

Aguas Negras.exe

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Ej. Estaciones de Bombeo

Aguas Negras

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Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas

2

3

1

4

5

6

7

1. Bomba Centrífuga

2. Manómetro de succión

3. Manómetro de descarga

4. Brida en la tubería de descarga

5. Motor Eléctrico

6. Tubería de Succión

7. Tubería de Descarga

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Sistema de Agua Potable. Metro de Caracas

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Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas

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Sistema Aguas Negras. Metro de Caracas

Volumen de Aguas

Negras

5000Lt

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Sistema Drenaje. Metro de Caracas

Volumen de Aguas de

Drenaje

20.000Lt

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Componentes de los Subsistemas de Aguas Negras y Drenaje

Dos bombas del tipo sumergible con motor eléctrico incorporado, aptas

para ser usadas tanto en fosa seca como en fosa húmeda, diseñadas

para extraer aguas residuales y de drenaje

Tubería de descarga, válvulas de compuertas y de retención, juntas

flexibles, uniones, elementos de soporte y anclaje y accesorios en cada

una de las tuberías de impulsión de las bombas

Bases para acople automático al pie de descarga con guías incorporadas

para el izaje del conjunto motor - bomba

Mecanismos de izaje para las bombas

Cuatro sensores de nivel para el control automático

Un sensor de nivel para la señal de "alto nivel de agua"

Un tablero de fuerza y control.

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Bombas Electro-sumergibles

Para bombear líquido que

contengan impurezas sólidas

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Sistema Contra Incendio. Metro de Caracas

13

4

2

5

1. Motor Eléctrico

2. Bomba Centrífuga

3. Succión del Sistema

4. Descarga del Sistema

5. Válvula de Compuerta Tipo de

Vástago Ascendente

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Ej. Estaciones de Bombeo

Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin

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Ej. Estaciones de Bombeo

Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin

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Planta de Deshidratación de Crudo Jusepin

Ej. Estaciones de Bombeo

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

Fase 1

• Ingeniería Conceptual

Fase 2

• Ingeniería Básica

Fase 3

• Ingeniería de Detalle

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Conceptual

Recopilar, organizar y evaluar todo lo referente a:

Mapas Cartográficos a una escalaapropiada

Información Aerofotogramétrica

Geología regional

Planes Rectores y Urbanísticos

Calidad del Agua

Clase de Terrenos

Disponibilidad y costos de tuberías yenergía

Pronósticos en las variaciones de costos

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Conceptual

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción

Cuanto más recto sea el trazado entre dos puntos fijos, menor será lalongitud y diámetro de la tubería, para un caudal y carga hidráulica

Mientras mayores sean las cotas de rasante de la tubería, menoresserán las solicitudes por presión interna, y menores serán los costos

En la medida de lo posible, se debe localizar la tubería según las filas delterreno

Una tubería instalada por los derechos de vía que puedan existir en lazona del proyecto, pueden reducir los costos y las dificultades legalesinherentes a las expropiaciones y pagos de bienhechurías

Para la definición del trazado de una tubería debe tenerse presente laimportancia de las recomendaciones geológicas, especialmente para losconductos de grandes diámetros

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Conceptual

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción

Para el trazado de la tubería debe tenerse en cuenta la altimetría de lospuntos origen y de entrega de agua

Para facilitar la eventual construcción de una chimenea de equilibrio, enlas aducciones por bombeo se deberá acercarse el trazado de la tubería deimpulsión tan cerca como sea posible de una elevación natural del terreno,que pueda existir próxima a la estación

El perfil de una tubería debe ser tal que evite presiones subatmosféricasa lo largo de su trayecto, en condiciones de operación

En la definición del eje de la tubería deben considerarse con atención lasposibles interferencias con la vialidad, con tuberías ya instaladas, conobras de drenaje existente, y en general, con cualquier estructura en lazona del proyecto

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Conceptual

Factores Implicados en el Planteamiento del Sistema de Aducción

En la definición del eje de la tubería debe tenerse presente los costos ylas dificultades de la colocación de aducciones en zonas urbanas

Las tuberías pueden instalarse bien sea enterradas o superficiales.

Ventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales

Mejor Seguridad

Mejor Compatibilidad con requerimientos ambientales

Menos interferencia

Desventajas De las tuberías enterradas versus las superficiales

Protección Exterior

Inspección periódica y extensiva es prácticamente imposible

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Ejecución de fosas y taladros a mano

Perforaciones

Ensayos de laboratorio

Preparación de planos geológicos

Informe geológico – geotécnico

Estudio de Impacto Ambiental

Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Básica

Alcance:

Levantamiento geológico detallado a lo largo del trazado, con ladelimitación de la litología aflorante, estructuras geológicas ycondiciones físicas del terreo

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Básica

Ajuste Planimétrico y Altimétrico del Trazado

•A fin de facilitar la acumulación y subsecuente expulsión del aire queingrese a la línea, en puntos altos, las tuberías deben colocarse segúnrasantes inclinadas

•Especial atención debe prestarse a las recomendaciones geológicas y deimpacto ambiental

•Se debe procurar que los cambios de alineamiento de la tubería, tantoperfil como en planta, sean los menos indispensables

•En tuberías enterradas, se debe evitar depresiones del terreno quedeterminen altas presiones internas y que impliquen un espesor excesivode los conductos en esos sectores

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Básica

Características Definitivas de las Tuberías

•Actualizar con la máxima precisión los costos principales del sistema deaducción

•Llevar a cabo una minuciosa investigación que permita pronosticar laspérdidas de energía, tanto de fricción como localizadas

•Verificar la disponibilidad del tipo de tubería seleccionada en el estudiopreliminar

•Incorporar eventuales márgenes de reserva en los factores hidráulicos yelectromecánicos que caracterizan el sistema de conducción

Análisis hidráulico – económico de la tubería que mejor se adapte al casoespecifico del proyecto para ello será necesario:

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Básica

Documentos del Anteproyecto

Información básica utilizada, criterios de diseño, metodologíasadoptadas, resultados, conclusiones y recomendaciones relacionadascon el anteproyecto de la aducción

Memoria Técnica

•Estudio geológico – geotécnico•Estudio de las características de los suelos•Análisis de costos•Consideraciones sobre impacto ambiental

Material Anexo

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería Básica

Anteproyecto de las Principales Obras Complementarias del Sistema de Aducción

Se generan los parámetros básicos para el anteproyecto de lasprincipales obras complementarias del sistema de aducción talescomo estaciones de bombeo, túneles, estanques, acceso, etc.

Aspectos Institucionales

El proyectista deberá fijar los lineamientos cartográficos sobre loscuales se realicen los tramites jurídicos orientado hacia laoficialización de los derechos de paso para la colocación de la tubería,la adquisición de terrenos, o la cancelación de las bienhechurías quepuedan requerirse para la construcción del sistema de aducción

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Organización del Proyecto Integral de Aducciones

•Ingeniería de Detalle

Ejecución del proyecto definitivo

Memoria Descriptiva

Planos

Lista Definitiva de Tuberías, Piezas Especiales, Válvulas, y Equipos deMedición

Cantidades de Obra y Especificaciones de Construcción

Instructivos para la operación y Mantenimiento

Anexos

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

Esquema del Sistema Regional del Centro de Venezuela. I Fase que abastece de agua al eje Tinaquillo- Valencia-Maracay-Las Tejerías

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

Esquema del Sistema Dos Cerritos (Estado Lara, Venezuela)

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

Esquema del Sistema Turimiquire, Venezuela

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SISTEMA TUY II

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SISTEMA TUY II

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Sistema TUY

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SISTEMA TUY II

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Descripción. Sistema Tuy II

Longitudes y diámetros de Tuberías del Sistema TUY II desde la E/B21

hasta La Guarita.

TRAMO LONGITUDES [m] DIAMETROS [pulg]

E/B21-E/B22 11.875,2 74

E/B22-E/B23 3.153,5 74

E/B23-La Guarita 20.014,9 74

1.089,3 84

La Pereza 502,5 55

548,11 84

Cotas de ejes de las bombas.

Sistema TUY II.

ESTACIÓN Cota del eje de las

bombas

E/B21 136,5 msnm

E/B22 264,5 msnm

E/B23 593,5 msnm

E/B24 936 msnm

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Descripción. Sistema Tuy II

Cotas de los Embalses y Planta de Tratamiento.

Sistema TUY II.

Nivel de

aguas

normales

Nivel de aguas

medias

Nivel de aguas

mínimas

mbalse Lagartijo 189,75 msnm 173,88 msnm 158 msnm

Desarenadores -------- 152,50 msnm --------

mbalse Taguacito 96,00 msnm 94,00 msnm 92,00 msnm

La Guarita 502,5 945,00 msnm --------

La Pereza 1068,50 msnm -------- 1010 msnm

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Descripción. Sistema Tuy II

Tabla N°6. Cotas de Tanquillas de succión y Chimeneas.

Sistema TUY II.

Cota de Fondo Cota de Rebose

Tanquilla de succión

de la E/B21

199,63 msnm 173178,64msnm

Chimenea 21 363,58 msnm 265,40 msnm

Tanquilla de succión

de la E/B22

335,00 msnm 298,00 msnm

Chimenea 22 673,92 msnm 623,73 msnm

Tanquilla de succión

de la E/B23

663,42 msnm 625,04 msnm

Chimenea 23 1051,30 msnm 993,16 msnm

Tanquilla de succión

de la E/B24

990,96 msnm 957,40 msnm

Chimenea 24 1072,12 msnm --------

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Descripción. Sistema Tuy II

Progresivas desde Embalse Lagartijo hasta Planta de Tratamiento La

Guairita. Sistema TUY II.

Progresiva

(Km+m)

Chimenea de Lagartijo 0+608,00

Tanquilla de succión de la E/B21 2+686,58

Eje deBomba E/B21 2+275,42

Chimenea 21 5+441,28

Tanquilla de succión de la E/B22 14+423,32

Eje deBomba E/B22 14+492,32

Chimenea 22 15+776,60

Tanquilla de succión de la E/B23 17+377,66

Eje deBomba E/B23 17+395,66

Chimenea 23 19+556,64

Conexión con E/B24 29+086,57

Planta de Tratamiento La Guarita 36+717,01

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Sistema Tuy II. Los EmbalsesEmbalse LagartijoEl embalse Lagartijo se encuentra sobre el río del mismo nombre, a 4 kilómetros de San Francisco de Yare, en el estado Miranda. Fue construido entre 1960 y 1962 con el fin de abastecer de agua a la ciudad de Caracas. También surte a las poblaciones de San Francisco de Yare y Santa Teresa del Tuy. El embalse Lagartijo tiene capacidad para almacenar alrededor de 80 millones de metros cúbicos de agua, en una superficie total de 451 hectáreas.

Embalse La PerezaEl embalse La Pereza se encuentra a 18 kilómetros de Petare, estadoMiranda. Esta represa fue construida en los años 1966 y 1969 por EnecaS.A, para funcionar como embalse compensador de agua para la ciudad deCaracas, en caso de falla del Sistema Tuy II. La Pereza cuenta con unacapacidad máxima de 9 millones de metros cúbicos.

Embalse TaguacitaEl embalse Taguacita está ubicado vía Santa Teresa, a 16 kilómetros del Parque Nacional Guatopo, estado Miranda. Este embalse compensatorio forma parte del Sistema Tuy II. Taguacita capta el volumen de agua producido por el embalse Taguaza; además de ser una fuente anexa del Sistema Tuy II, incrementa el suministro de agua en este sistema. La capacidad máxima de este embalse es de 120 millones de metros cúbicos.

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Sistema Tuy II. Los Embalses

Embalse Taguacita

Embalse Lagartijo

Embalse La Pereza

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CP-11

CP-11

Dia

gram

a d

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sis

tem

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aracas

•Ingeniería de Detalle

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

Estación de Bombeo horizontal en la aducción río Unare, Estado Anzoátegui, Venezuela

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Sistemas de Bombeo en Venezuela

Estación de Bombeo 2-Abastecimiento de

Ciudad Fajardo. Miranda, Venezuela.