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XXII CONGRESO DE CENTROAMERICA Y PANAMA DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL“ SUPERACION SANITARIA Y AMBIENTAL: EL RETO”

AIDIS: Asociación Interamericana de Ingenieria Sanitaria y Ambiental -Capitulo Honduras 1

BOMBEO A BASE DE RUEDAS HIDRAÚLICASSOLUCION PARA COMUNIDADES CON DIFICULTAD DE FUENTES POR

GRAVEDAD( PROYECTOS PILOTO EN HONDURAS PARA SUMINISTRO DE AGUA)

ALDEAS: HACIENDA VIEJA Y GONZALO MALDONADO

TEMA: TECNOLOGIA

SUB TEMA : AVANCES TECNOLOGICOS

PRESENTADO POR : ING. JUAN CARLOS GODOY AYESTAS JEFE DE ACUEDUCTOS RURALES

SANAA-USAID REGION NORTE

es



BOMBEO A BASE DE RUEDAS HIDRAULICAS PROYECTOS PILOTO DESARROLLADOS EN HONDURAS

(Aldeas Gonzalo Maldonado y Hacienda Vieja)

ING. JUAN CARLOS GODOY AYESTASIngeniero Civil, Actualmente Jefe de Acueductos Rurales de la Regional Norte de SANAA,Experiencia en Diseño, construcción y evaluación de sistemas de agua potable y alcantarillado,Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales y agua potable. .

Dirección: Calle CRH / Av. principal, - Barrio Los Pinos- El Progreso - Yoro - Honduras -Tel.: 647-4192, 647-42 36, 647-0715 - Fax: 647-15 02, [email protected]

INTRODUCCIÓN

Con el crecimiento de la población en el sector rural de Honduras y el lamentable deterioro aque son sujetas las microcuencas, se ha visto con suma preocupación que muchas comunidadesno pueden ser abastecidas por gravedad, debido a que las fuentes en zonas arriba de la cuota delas comunidades son muy pequeñas y no son capaces de satisfacer la demanda máxima diaria obien solo son fuentes de invierno, sumado a esto las distancias a las comunidades es tal que losproyectos no son factibles económicamente.

El problema de abastecimiento de agua de este tipo de comunidades se agrava aun mas al nocontar con energía eléctrica; ya que las posibilidades de la construcción de un sistema en base apozo perforado y bomba sumergible son improbables si no se cuenta con un suministro deenergía apropiados (aparte que dicha solución es también costosa en sus fases constructiva yoperativa).

Con el incremento constante de los costos de los carburantes , la solución de instalar ungenerador de energía o una bomba a base de combustible, no solo resulta costoso, si no tambiénuna carga pesada para las comunidades que tienen que sacrificarse con altas tarifas para podersufragar los gastos del diesel o gasolina, contando con un sistema que además de ser caro,solamente proporcionará agua por limitadas horas del día.

Frente a ese panorama que enfrentan muchas comunidades de Honduras (y Centro América)que carecen del vital liquido, se presenta el siguiente trabajo desarrollado en SANAA-DivisiónNorte, el que abre las puertas al suministro por bombeo a muy bajos costos constructivos yoperativos.

Este trabajo presenta la experiencia ganada con la tecnología brasileña aplicada a dos proyectosdel sector rural de los municipios de El Negrito y de Yoro, ambos en el Departamento de Yoro.



Aunque esta tecnología no es nueva en Brasil, donde existe hace mas de 45 años, paraHonduras y Centro América representa una experiencia piloto y una novedad en lo que asuministro de agua se refiere.

BOMBEO A BASE DE RUEDA HIDRAULICA

¿QUÉ ES UNA BOMBA A BASE DE RUEDA HIDRÁULICA ?

Una bomba a base de rueda hidráulica es una máquina que aprovecha la energía hidráulicaproducida por el peso del agua en los cajones de una rueda metálica, este peso del agua haceque la rueda gire y mediante el uso de un punto excéntrico (3) en un disco metálico (1), seproduce el movimiento de dos pistones (4) que en términos prácticos funcionan como jeringassuccionando e impulsando el agua a través de las válvulas de Retención (7 y 8) las quepermiten el paso a la cápsula de aire o caballete y de este a la tuberías de bombeo.( tal como semuestra en la figura)

Para el accionamiento de este tipo de bombas es necesario que la fuente tenga el caudal de aguanecesario para el accionamiento de la rueda o ruedas necesarias para abastecer a la comunidad.

TIPOS DE BOMBAS DE RUEDAS HIDRAULICAS

El tipo de bomba a ser usada y el número de bombas a utilizar depende de tres factores quedeben tenerse muy en cuenta.

a.- Cantidad de agua suministrada para el accionamiento de la rueda. b.- Carga dinámica total a vencer durante el bombeo.

c.- Caudal deseado (caudal a ser abastecido).



La variedad de bombas está limitada a tres categorías.

La bomba mas pequeña, requiere menor cantidad de agua para su accionamiento, los caudalessuministrados oscilan entre los 1200 y 5400 litros diarios y puede vencer C.D.T. de hasta 210Mts. (según se muestra en la gráfica del anexo A).

Bomba de tamaño intermedio, el rango de caudal de accionamiento varía de 1 litro/seg a 25Lts/Seg., puede vencer C.D.T. de entre 10 Mts. a 140 Mts. el caudal suministrado por estabomba varía de 2400 Lts/día a 21,600 Lts./día. (según se muestra en la gráfica del anexo B).

La bomba mas potente, el rango de caudal para su accionamiento varía de 3 Lts/Seg. a 50Lts/Seg., puede vencer C.D.T. de hasta 210 Mts. y puede impulsar entre 9,600 Lts/día a 46,800Lts/día. (según se muestra en la gráfica del anexo C).

La mejor selección, distribución y número del equipo a usar depende del criterio del diseñador,ya que las posibilidades de uso de este equipo es muy versátil y fácil de calculo, dependiendodel caudal para el accionamiento de rueda y de la topografía, este sistema puede usarse enparalelo o en serie.

PROYECTOS PILOTO EN HONDURAS

A fin de ilustrar un poco, la forma de calculo y selección del equipo de bombeo, explicaremoslos criterios usados para la selección del equipo que se instaló en los proyectos pilotodesarrollados en Honduras por SANAA.

PROYECTO GONZALO MALDONADO, EL NEGRITO, YORO.

BREVE DESCRIPCION

La aldea Gonzalo Maldonado, en el Municipio de El Negrito, Departamento de Yoro,en una comunidad nueva que alberga a 50 familias desplazadas por la inundaciónprovocada por el Río Cuyamapa, durante el Huracán Mitch.

La Institución Bolsa Samaritana y otras ONG´S, dedicadas a la construcción deviviendas, construyeron las casas de habitación de las familias desplazadas en una zonade fácil acceso; pero de condiciones desfavorables para la construcción de un sistema deagua, por dos importantes razones.

1.- La fuente de agua mas cercana para abastecer por gravedad se encuentra a 7.3Km. del sitio donde existe la comunidad.



2.- No existe energía eléctrica en zona.

En las cercanías de la comunidad existe un nacimiento que produce 3800galones/minuto; pero se encuentra 5 Mts. abajo del nivel de la comunidad.

Al hacer el estudio SANAA vio que por gravedad trayendo el agua de la fuente a 7.3Km. el proyecto económicamente no era factible por su alto costo constructivo, en elcaso de querer construir un sistema por bombeo no existe energía eléctrica en la zona yel suministro seria por limitadas horas, en el caso de querer construir el sistema conbombas Diesel. Los costos operativos serían altos y rápidamente (debido a lascondiciones de pobreza de las comunidades) el sistema se vería descuidado.

Se hicieron investigaciones para determinar que tipo de sistema se podría usar paraabastecer a la comunidad y cuyos costos constructivos fuesen inferiores al proyecto porgravedad que era la primera alternativa que se tenía.

El costo del proyecto por gravedad era de Lps. 723,000.00 (SETECIENTOS VEINTEY TRES MIL LEMPIRAS CON 00/100).

En vista que la única posibilidad de llevar agua a la comunidad, a parte del sistema porgravedad, era por bombeo, se analizo las siguientes alternativas:

♦ Bombeo a base de energía eléctrica

Imposible, no existe electricidad en el sector y la ENEE no tiene posibilidades deinstalar energía a corto plazo.

♦ Bombeo a base de sistema Diesel

El costo de la Bomba a base de combustible es de Lps.76,000.00 ,el tiempo promedio defuncionamiento era de 4 horas por día, el consumo de combustible de 0.8 galones porhora lo que hacia un total de 96 galones por mes, el costo del combustible mensual,considerando Lps 24.70 por galón, era de Lps. 2371.20, lo que implicaba una tarifamensual de Lps 80.96 por abonado, esto representaba un carga demasiado alta para lacomunidad considerando sus condiciones de pobreza.

El costo constructivo de este sistema era alto, el tiempo de servicio limitado y los costosoperativos fuera del alcance de los beneficiarios.

♦ Ariete Hidráulico

El ariete hidráulico opera según la figura siguiente:



En el caso de la comunidad Gonzalo Maldonado la altura H disponible no era losuficiente para producir el bombeo de la cantidad de agua necesaria para abastecer ala comunidad, se requería una batería de cuatro arietes (según la figura siguiente)para abastecer a la aldea Gonzalo Maldonado, lo que incrementaba los costosconstructivos y este tipo de equipo no se encuentra en el país.



La eficiencia de este sistema era de apenas el 3% lo que significaba una granInversión por poca producción.

En términos económicos el proyecto con ariete hidráulico costaría 178,000 solo encompra de equipo, sumado a ello los costos de la línea de bombeo, cerco, tuberíasde distribución y tanque, costos que sobrepasaban el costo base del proyecto porgravedad.

♦ Molino de Viento

Se estudio la posibilidad de instalar una bomba movida por molino de vientosimilar a la figura siguiente:



Se estuvo monitoreando los vientos en la zona y se observo que no habíaposibilidad para este tipo de sistema debido a que la mayoría del tiempo losvientos son inferiores a 11 KM por hora, velocidad mínima necesaria paraaccionar este tipo de sistema, aunque los costos constructivos eran los masbajos, la factibilidad técnica era imposible.

♦ Bomba de rueda hidráulica

La Eficiencia del sistema era del 6% (accionamiento vrs. Q suministrado) loscostos de construcción representaban el 50% del costo del sistema por gravedad,tiempo de suministro 24 horas/día, los costo de operación y mantenimiento sereducen al mínimo.

En vista de los análisis anteriores se procedió a la construcción del proyecto enbase a rueda hidráulica .

El calculo realizado para la selección de equipo fue el siguiente:



PROYECTO GONZALO MALDONADO, EL NEGRITO, YORO

DAT0S TECNICOS

Población = 300 PersonasDotación = 25 G.P.P.D.K1 = 1.50 C.Med. D.K2 = 1.50 C.Max. D.

∆Ε Bomba-tanque = 25 Mts.∆Ε OT-Bomba = 0.60 Mts.

Tubería de accionamiento = P:V:C Ø 8" SRD 50Período de diseño = 20 años (se considera instalar otra bomba a los 10 años,razón por la que la población al ser servida por el equipo seleccionado será la población a10 años, previniendo la compra de otro equipo).

a.- Cálculo del Caudal de Diseño

q = POBLACION*DOTACION 1440

q = 300 * 25 = 5.21 G.P.M. 1440

C. MAX D = 1.5 * q = 7.81 G.P.M.

Factor de población futura (aritmético)

F = 1 + 0.03* 10 = 1.30

Caudal Máximo Diario futuro(a 10 años)CMD = 7.81 G.P.M. * 1.30 = 10. 153 G.P.M.

b.- Caudal de Accionamiento Disponible

La fuente produce 3800 G.P.M. en vista que se usará tubería Ø 8" P.V.C. se calculará cuales el caudal disponible a través de la tubería que accionará la rueda.

H f = 0.1117 * Q 1.85_ D 4.87



Q = 0.1117 * 100 (hf) * D 4.87 LL = 90.00 mt.Hf disponible = 0.60Ø = 8"

Q = 430.51 G.P.M. [ 25 Lts/Seg.]

La rueda disponible en el mercado nacional en esta oportunidad era la MS4 C-12 conrueda de 1.90 * 0.35.

c.- Perdidas por Fricción en la Linea de Bombeo

q = 10.153 G.P.M. [55,500 Lts/día]

en la tabla de perdidas de presión en m/10 m se observa una perdida de 0.60 Mt./100 Mt.(se consideró tubería de Ø 2" P.V.C. para reducir al máximo las perdidas y por tanto laC.D.T.).

d.- Carga Dinámica Total

Longitud de bombeo = 276 Mts. Perdidas en m/100 Mts. = 0.60

Perdidas totales hf = 276 * 0.60 = 1.656 Mt. 100

C.D.T. = ∆E + hf = 25.00 Mt. + 1.66 Mt. = 26.66 Mt.

e.- Selección del equipo

En vista que la rueda disponible en el país era la MS-4, 6-12 rueda de 1.90 * 0.35, severificó si dicha pueda podía suministrar el caudal deseado con las condicionesestablecidas.

En la gráfica se ingreso con los siguientes datos :

Q = 40 Lts/Seg. (caudal de accionamiento, líneas inclinadas de la gráfica). C.D.T. = 26.60 Mts. (Eje vertical de la gráfica).

Modo de uso de la gráfica.

1.- Partiendo del eje vertical con la C.D.T. se traza una línea horizontal hasta interceptar lalínea inclinada que corresponde al caudal de accionamiento.



2.- De este punto de intersección se traza una línea vertical hasta tocar el eje horizontal quecorresponde a los caudales suministrados.

En el caso de Gonzalo Maldonado el caudal suministrado en estas condiciones será de 38,400Lts/día ( 7.045 G.P.M.) ligeramente menor al C.M.D.

Una vez verificado que con el sistema de rueda hidráulica podía abastecer a la comunidad enlas condiciones previstas se procedió a la construcción del mismo.

EVALUACION DEL SISTEMA UNA VEZ CONSTRUIDO

Después de haber construido el sistema se procedió a revisar los cálculos realizados en base alcaudal aforado realizado en el tanque, se pudo verificar que el caudal real suministrado por labomba es de 10.7 G.P.M., el cual es mayor del caudal teórico esperado, esto garantiza elabastecimiento a la comunidad por el período de diseño previsto, el tiempo de bombeo es de 24horas/día y el suministro de agua a la comunidad es permanente.

PROYECTO HACIENDA VIEJA, YORO, YORO

BREVE DESCRIPCION DEL PROYECTO

La comunidad Hacienda Vieja consta de 75 familias que carecían de agua, la fuente mas cercaestá ubicada a 11.5 Km (para abastecerla por gravedad), habiendo visto los resultadosobtenidos en el proyecto Gonzalo Maldonado se hizo el diseño para hacer el proyecto porbombeo, se seleccionó el sitio para perforar un pozo. (Pozo excavado a mano) del que lasbombas succionarán el agua para llevarla a la comunidad.

Para mover las ruedas se haría uso de una caja derivadora en Río Locomapa, el agua seconduciría a través de 1200 Mt. de tubería de drenaje RD 50 PVC Ø 12", se hicieron loscálculos pendientes y se observó que el proyecto tenía factibilidad técnica y económica.

En términos económicos el proyecto por bombeo usando la rueda hidráulica era 2.2 millones delempiras mas económico que el sistema por gravedad.

En vista de la factibilidad técnica y económica se optó por la solución de abastecer a lacomunidad haciendo uso de tres ruedas hidráulicas, el número de bombas se debió a ladiferencia de elevación entre el sitio de la estación de bombas y el sitio del tanque.



PROYECTO HACIENDA VIEJA, YORO, YORODATOS TECNICOS

Población actual = 450 habitantesDotación = 25 G.P.P.D.K1 = 1.50 c,med.d.K2 = 1.50 c.max.d.∆ elevación bomba-tanque = 60 Mts.∆ elevación 0.+-bombas = 5.83 Mts.Tubería de accionamiento = PVC Ø 12" RD 50Período de diseño = 20 añosPeríodo de vida del equipo = 10 años (a los 10 años la comunidad deberá agregar otra

bomba para abastecer pob.Longitud de accionamiento = 1250 Mts.Longitud de bombeo = 2,000 Mts.

a.- Cálculo del caudal de diseño.

Q = Población x Dotación 1440q = 450 personas x 25 G.P.P.D. = 7.82 g.p.d.m. 1440

C.max. D. = 1.50* q = 11.72 G.P.M. (63,872 Lts./día)

Factor de población futura (a 10años)

F = 1 + j * hF= 1 + 0.03.10 = 1.30

Caudal máximo diario futuro = 1.30 . * C. Max. diario actualC. max. D. = 1.30 * 11.72 = 15.23 G.P.M. ( 83,009. GTS/día )

b.- Perdidas por fricción en línea de bombeo.

hf = 0.111 * Q_1.84__ * L____ D 4.87 100

L = 2000 Mts.Q = 15.23 G.P.M.



D = 3" PVC RD26 (se asumió este diámetro para reducir perdidas y disminuir C.D.T.)hf = 0.111 * (15.23) * 2000

34.87 100

hf = 1.63 Mts.

c.- Carga dinámica total (C.D.T.)

C.D.T. = hf + ∆E bomba-tanqueC.D.T = 1.63 + 60.00 Mts. = 61.63 Mts.

Con la C.D.T. y el caudal necesario se ingresa en la gráfica para determinar el caudal necesariode accionamiento (Q).

La bomba disponible en Honduras es la MS-4, C-12 con rueda de 1.65 X 0.36, se procuraráinyectarles el caudal máximo de accionamiento para ese tipo de rueda que de acuerdo a lagráfica es de 25 Lts. por segundo.

En este caso y bajo las condiciones de C.D.T. el caudal máximo bombeado será de 31.300Lts./día.

Si el volumen diario deseado es de 83,009 Lts./día, se requerirán 3 bombas para suplir lademanda.

Se usará entonces 3 MS-4, C-12, rueda de 1.65*0.36, el caudal producido por las 3 bombas seráde 93,900 Lts./día, el que es mayor que el C.Max. Diario en 10 años.

Se procedió a realizar el análisis de costos y se observó que el sistema por bombeo representabauna economía de 2.2. millones de lempiras en la fase constructiva, el nivel de servicio es de 24hora diarias y los costos operativos mínimos.

Por lo que se procedió a la construcción del sistema evaluación del sistema una vez terminado.

El proyecto una vez concluido a dado los resultados deseados, se ha abastecido a las 75viviendas actuales con una eficiencia de 100% durante las 24 horas del día, la producción deagua en el tanque es de 17.40 G.P.M., superior al caudal esperado.



EVALUACION DEL SISTEMA UNA VEZ CONSTRUIDO

El sistema opera en optimas condiciones, se ha capacitado al fontanero y se lleva unasupervisión constante del sistema a fin de que la comunidad le brinde el mantenimientoadecuado.

RECOMENDACIONES

1.- El sistema de rueda hidráulica para bombeo es altamente eficiente y útil en aquellascomunidades donde las condiciones de caudal de accionamiento, C.D.T. máxima secumplen y donde no es posible (técnica ni económicamente) la construcción de unsistema por gravedad.

2.- El diseñador de un proyecto usando rueda Hidráulica debe tener sumo cuidado en laselección del sitio para ubicar las bombas y en el suministro adecuado del caudal deaccionamiento.

3.- Es necesario Concientizar a la comunidad a beneficiar sobre la vigilancia y el cuidadode este tipo de sistemas, de preferencia deberá encargarse el sitio de bombeo para evitaraccidentes o daños innecesario al equipo producidos por los curiosos.



BIBLIOGRAFIA

1. Fuentes Renovables de Energía para sistemas de abastecimiento de Agua, E. H. Hofkes & J.T. Visscher, Serie de Documentos Técnicos # 23 , Editorial Cinara-IRC, 1990

2. Sistemas de Abastecimiento de agua para pequeñas comunidades, Tecnología de PequeñosSistemas de Abastecimiento de agua en paises en desarrollo, Varios autores, CEPIS, Seriede Documentos técnicos # 18, Editorial CIR, 1988.

3. Manual de Consultas para Agua y saneamiento, Proyecto ALA 86/20

4. Manual de Hidráulica, J. M. De Azevedo Netto, Editorial Harla, 1976.

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