ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y...

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA.

SELECCIÓN DE UN EQUIPO DE BOMBEO PARA AGUA POTABLE EN LA COMUNIDAD DE SAN FELIPE COAMANGO.

TESIS COLECTIVA.

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA:

Carlos Hernández López Heriberto Sanabria Macías

MÉXICO D.F. 2010

ESIME, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Profesional Azcapotzalco. 1

Índice

CAPÍTULO PAG.

Objetivos 4 Justificación 5 Introducción 7

CAPÍTULO I. DESCRIPCION DEL PROBLEMA Y PROPUESTAS DE SOLUCION. 9

1.1 Planteamiento del problema 9 1.1.1 Localización geográfica 9

1.2 Propuestas de solución. 11 1.2.1 Control de la explosión demográfica. 12 1.2.2 Programa de horarios. 13 1.2.3 Selección de un equipo de bombeo 14 1.2.4 Propuesta seleccionada 14

1.3 Antecedentes del sistema de bombeo. 15

CAPÍTULO II. DATOS NECESARIOS DEL SISTEMA DE BOMBEO. 17

2.1 Ingeniería Básica 17 2.1.1 Definición y clasificación de los fluidos 17

2.2 Propiedades de los fluidos 18

2.3 Clasificación de las bombas 21 2.3.1 Bombas centrifugas 22

2.4 Curvas de comportamiento 30

2.5 Datos necesarios para el sistema de bombeo 32

2.6 Normatividad y reglamentación aplicable al sistema de bombeo. 32

2.6.1 Ley de Aguas Nacionales. 33


Índice

CAPÍTULO

PAG.

2.6.2 Ley del Agua del Estado de México. 33 2.6.3 Servicio de agua potable, alcantarillado y saneamiento de

Chapa de Mota. 34 2.6.4 Normas Oficiales del Sector Agua. 34

2.7 Datos de Selección. 35

2.7.1 Periodo de diseño. 35 2.7.2 Población. 38 2.7.3 Consumo. 40 2.7.4 Demanda. 41 2.7.5 Dotación. 42 2.7.6 Gastos de diseño. 43 2.7.7 Coeficiente de regularización. 44

CAPÍTULO III. MEMORIA DE CÁLCULO. 45

3.1 Cálculos Preliminares. 45

3.1.1 Diámetro de la tubería. 45 3.1.2 Línea de conducción. 48

3.1.3 Zanjas para la instalación de la tubería. 50 3.1.4 Equipo de bombeo para el pozo. 52 3.1.5 Equipo de bombeo para la estación. 67 3.1.6 Curva del sistema en la estación de bombeo. 73 3.1.7 Desinfección 80

3.2 Propuesta de Selección de Equipo. 81

3.2.1 Datos de proyecto. 81 3.2.2 Equipos de bombeo. 81 3.2.3 Proceso de construcción. 83 3.2.4 Aplicación del proyecto. 84


Índice

CAPÍTULO PAG.

CAPÍTULO IV. ANÁLISIS ECONÓMICO. 85

4.1 Financiamiento del proyecto. 88 4.1.1 Pago del sistema de bombeo. 88 4.1.2 Pago del mantenimiento del Sistema de Bombeo. 90 4.1.3 Pago del agua. 90

Conclusiones. 93 Glosario. 96 Anexos. 102 Bibliografía. 106


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Con este trabajo se trata de aprovechar a lo máximo el suministro de agua

potable dentro de la comunidad de San Felipe Coamango, municipio de Chapa

de Mota en el Estado de México, en la zona centro denominado barrio primero.

Con el objetivo de que nuestras familias no sufran de este líquido vital en su

vida diaria y sobre todo ya no caminar tanto para poder conseguirla como en

años anteriores.

OBJETIVO ESPECIFICO

Debido a que día a día el suministro de agua potable es más indispensable para

nuestra comunidad, se pretende elaborar la selección de un equipo de bombeo

de pozo profundo para extraer el agua potable, en una nueva red de suministro

ya planteada, la cual pretende cubrir dichas necesidades de las familias en esta

comunidad.


JUSTIFICACION

Debido que en México existen actualmente muchos sistemas de suministro de

agua potable, pero a su vez presentan varias deficiencias, entre las cuales

podemos mencionar, la mala distribución de agua en las poblaciones más

necesitadas, y esto lleva a no contar con el agua en los tiempos adecuados o por

lo menos con la suficiente para cubrir las necesidades más primordiales.

La forma como se distribuye es muy irregular, lo que provoca que muchas

familias se queden sin poder tomar agua, lavar, bañarse, o bien para las

actividades domesticas, esto trae como consecuencia estados grave de salud en

toda la población.

En el presente proyecto pretende hacer más eficiente el suministro del agua en

la población, por medio de un sistema de bombeo, el cual tiene como objetivo

primordial entregar y aprovechar a lo máximo el suministro de agua potable en

la población de San Felipe Coamango.

Por eso se toma como alternativa una nueva red de suministro a las ya

existentes en dicho pozo profundo, el cual puede ser la opción en la comunidad,

para que el suministro no sea tan escaso y deficiente como hasta ahora.

De esta manera este proyecto propone una alternativa para cubrir las

necesidades fundamentales en beneficio de la población y en lo particular en un

determinado barrio para corregir los problemas antes mencionados, utilizando

nuevas alternativas de bombeo, destacando que estas mejoras impacten

positivamente en el suministro del tal líquido vital. Además, al tener el control

del agua que se suministra, se puede programar para días determinados y que


nuestras familias no sufran más, y tengan la suficiente agua para cubrir las

necesidades que se presenten en ese día.


INTRODUCCION

El presente trabajo, propone la solución para un mejor suministro, de manera

constante y de forma eficiente de agua potable, mediante un tiempo

determinado para que los habitantes del barrio primero zona centro de la

comunidad de San Felipe Coamango, en el municipio de Chapa de Mota, en el

Estado de México, esto con la finalidad de que puedan tener sus actividades

durante el día de la mejor manera posible y sobre todo de manera satisfactoria.

El siguiente trabajo consta de los siguientes capítulos, los cuales se llevaran a

cabo en el orden progresivo: el primero, se describe en el planteamiento del

problema y propuestas de solución; segundo, datos necesarios del sistema de

bombeo; el tercero, memoria de cálculo y por último se hace un análisis

económico.

En el primer capítulo, se plantea el problema el cual da pie a la realización de

este trabajo de tesis y la propuesta de la solución que puede ser aplicada, solo

evaluar las ventajas y desventajas que nos da esta. Al final del capítulo se

describen antecedentes de la propuesta seleccionada.

En el capítulo segundo, se encuentra el concepto de una bomba y sus

clasificaciones, además de sus características principales, de la misma manera

algunas normas que se sujetan a la propuesta seleccionada, así como datos de

diseño del proyecto, los cuales procederán a las cálculos técnicos necesarios

para la mejor selección del equipo de bombeo.

En el tercer capítulo, con el objeto de diseñar un proyecto eficiente, se llevara a

cabo todos los cálculos técnicos mínimos necesarios que se requieren para el

desarrollo de la propuesta seleccionada. Al final del capítulo y como


antecedente del presupuesto del proyecto, se hará mención de una breve

descripción del proceso de construcción del proyecto.

En el cuarto y último capítulo, se desarrolla el presupuesto y financiación de la

obra o proyecto a desarrollar detallando quien y en qué cantidad de dinero

inviertan para llevar a cabo la propuesta y resolver el problema en cuestión.


CAPITULO I.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y PROPUESTAS DE SOLUCIÓN.

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El presente trabajo es realizado debido a un gran problema que se origina en la

zona centro en la Comunidad de San Felipe Coamango (barrio primero),

Municipio de Chapa de Mota al Norte del Estado de México. En esta zona solo

el suministro de agua potable era de 3 días inicialmente.

Debido al crecimiento de la población, escasas fuentes de extracción, cada vez

menor la duración de las temporadas de lluvia y sobre todo la mala selección

del Equipo de bombeo, han provocado que el servicio sea deficiente

.

En nuestro días el servicio, que como se menciona era cada 3 días se ha

recortado a 1 o 2 días a la semana. En concreto el problema radica en que por

motivos políticos, económicos, sociales y técnicos, no se cuenta con un servicio

constante de abastecimiento del agua potable y todo esto afecta las necesidades

básicas y actividades importantes de los habitantes de dicha población.

1.1.1 LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA

El Municipio de Chapa de Mota está ubicada en la porción noroccidental del

estado de México entre las coordenadas: longitud mínima 99º 25’ 13”, longitud

máxima 99º 40’15”; latitud mínima de 19143’57” y latitud máxima de 19º54’15”.


Figura 1. Localización Geográfica

1.1.1.1 Limites

El municipio colinda al norte con los municipios de Jilotepec, al sur con San

Bartolo Morelos, al este con Villa del Carbón y al oeste con los municipios de

Timilpan.

Fig. 2 Mapa de Municipios


1.1.1.2 Altura sobre el nivel del mar

Los terrenos del municipio estudiados ocupan diferentes niveles que ascienden

desde los 2350msnm, hasta los 3200msnm que señalan las cumbres de los

montes que se ubican al oeste de San Felipe Coamango. Para el diseño de

nuestro proyecto se tomará 2750msnm para dicha comunidad

aproximadamente.

1.1.1.3 Climatología

El clima es semi-seco templado, con lluvias en verano, subhúmedo con verano

largo, lluvia invernal inferior al 5%; es isotermal. La temperatura media anual

oscila entre 10y 12º C.

La precipitación pluvial media anual va de los 1000 a 1200 mm, en tanto que la

frecuencia de granizada es de 2 a 14 días. Las lluvias inician por lo regular a

mediados del mes de Mayo y terminan en la última semana de Septiembre.

La frecuencia de las heladas es de 60 a 80 días y son perceptibles en las noches.

1.2 PROPUESTA DE SOLUCIÓN.

Se hará mención de algunas alternativas que servirán para solucionar el

problema de abastecimiento de agua potable en el Barrio Primero zona Centro

de San Felipe Coamango. De esta manera será mencionado el porqué de las

propuestas, de modo que al final se pueda contar, de una propuesta que logre el

beneficio lo más pronto y eficiente de un costo adecuado para el uso práctico.


1.2.1 Control de la explosión demográfica.

Día con día el crecimiento de la población es demasiada, se podrían crear

planes de contingencia o de desarrollo urbano, los cuales puedan frenar el

crecimiento, pero como esto se ve un poco difícil, debido a que todas las

personas tiene derecho a la vivienda y por ello a nadie se le puede negar

cualquier tipo de obra en su predio.

Actualmente la Comunidad de San Felipe Coamango es el que más ha

presentado incremento a los fraccionamientos o casas de interés social.

Esta alternativa no sería la adecuada para tener por más tiempo el suministro

de agua, por lo que hay que pensar, en otra solución al problema.

1.2. 1.1 Ampliación de la estación de bombeo.

Esta alternativa será con el objetivo de tener una mayor capacidad de

almacenamiento de agua potable para satisfacer las necesidades de la

población ampliando el depósito de regulación del Barrio Primero de San Felipe

Coamango.

Esto consiste en ampliar la cisterna en dimensiones. Como ventaja se tiene

que, con una mayor capacidad para el almacenamiento del agua potable, el

suministro actual es de cada tercer día pasara a ser del diario.

Tomando en cuenta, también que durante el tiempo que se lleve a cabo la

construcción de la obra, sería el mismo que los habitantes de la población se

queden sin el servicio del agua potable.


Lo ideal para nuestro problema es buscar una solución sin perjudicar a la

población y dicha alternativa de solución no puede ser aplicable.

1.2.2 Programa de horarios.

El objetivo de esta propuesta es alternar el abastecimiento de agua potable en

la comunidad de san Felipe Coamango, en horarios equitativos, a modo de que

el beneficio sea igual para todos los habitantes de dicha comunidad.

Las ventajas de esta propuesta es que en los barrios que actualmente se ven

afectados por el reducido tiempo de suministro de agua potable, entre ellas la

zona centro de la comunidad se San Felipe Coamango, se les amplié el horario

de servicio y no solo sea unas cuantas horas.

Las desventajas de esta propuesta, como se menciono anterior mente, es que el

diseño actual de la red de distribución por medio de la apertura y cierre de las

válvulas de seccionamiento, abastece de agua a diferentes barrios de la

comunidad en diferentes horarios y días. De modo que el válvuleo en la red,

siempre se favorece el suministro a los barrios. El hecho es, que a pesar de que

se piense es favoritismo, lo cierto es que el diseño de la red, siempre habrá

barrios inconformes por la falta del servicio de agua potable. Desgraciadamente

no siempre serán los mismos barrios, ni el mismo número de habitantes por lo

tanto la demanda aumentará en tanto aumente la población.

Actualmente cada vez son más las casas construidas en el municipio, por tanto

la demanda ha aumentado de igual modo. Por eso aunque se administre la

cantidad de agua asignada a cada barrio, siempre habrá que tener en cuenta el

hecho de cómo obtener más para abastecer a la población. En base a lo anterior


y muy por el contrario, en un futuro se verán reducidos loa horarios de servicio

no sólo de nuestro barrio, sino de los restantes.

1.2 .3 Selección de un equipo nuevo de bombeo.

Esta es una de las alternativas más viables, debido que se hace un estudio

demográfico, de la comunidad y todas las características teóricas para la

selección de un equipo de bombeo.

Con esta alternativa podremos tener un mejor servicio en el tipo de

abastecimiento del agua para este barrio y zona de la comunidad. Otra de las

ventajas es que en México ya se cuenta con Empresas Mexicanas que nos

pueden asesorar para la adquisición de un equipo nuevo, cumpliendo con las

características que arroje nuestro estudio teórico y demográfico que se hará con

anticipación.

A lo mejor una pequeña o gran desventaja sería el costo del equipo, pero dentro

de la misma comunidad se buscaría la forma de conseguirlo, esto a través de

gestiones a los diferentes tipos de gobernantes dentro del estado de México,

entre otras.

1.2.4 Propuesta seleccionada

Teniendo en cuenta que todas y cada una de ellas son eficaces y tienen sus

grandes ventajas, pero lo que se busca es tener una solución de manera eficaz,

rápida y de bajo costo. Para el problema de la insuficiencia en el servicio de

agua potable para esta comunidad y barrio en cuestión. Una vez analizando y


llegando a la conclusión que la “compra de un equipo nuevo de bombeo”, es la

propuesta adecuada para la resolución de nuestro problema.

Por tanto a partir de esto se comenzará con el desarrollo de la propuesta, lo

cual de un modo general, se presentarían los siguientes beneficios:

El abastecimiento de agua al Barrio Primero de la Colonia Centro sería

durante mas horas al día.

El tiempo de planeación y ejecución, sería realmente corto.

Las familias de san Felipe tendrían más abastecimiento de agua para la

realización de actividades.

La operación de la estación de bombeo de la comunidad sería prácticamente

la misma, solo que con un equipo más eficiente.

1.3 Antecedentes del sistema de bombeo.

La constitución del sistema, es sencilla: una línea de conducción que parte del

pozo cercano hacia la estación

Los orígenes de esta estación se dio desde el año 1999, fecha en la cual se dio

por primera vez el servicio. Se encuentra ubicada en la carretera Chapa de

Mota- el Quinte, en el kilometro 9.00 s/n, al norte de la comunidad de San

Felipe Coamango, Chapa de Mota Estado de México.


Tabla 1. Ficha técnica del pozo de la comunidad de San Felipe Coamango

1, Pozo Modelo: LC1F265 Diámetro ademe 1º: 16 plg. Tamaño de nema: 5 Prof. cambio ademe: 100,66 m Reveladores de Sobrecarga Diámetro ademe 2º: 26 plg. Marca: SIEMENSInicio ademe rasurado: 40,00 m. Rango: 150-180 AProfundidad Total: 202,61 m. Bobina de Control. Nivel Estático: 67 m. Marca: SIEMENSQ aforo actual: 80 lps. Piezas: 1 (Una) Presión de Trabajo: 3,00 Kg/cm² Voltaje: 440 V Nivel Dinámico (prom.) 97 m. Transformador de Control. Carga Dinámica Total: 100,9 mca. Marca: EE1

2. Equipo de bombeo. Capacidad: 500 KVA Marca: GM registrada Tensión: 110/480 VTipo: Sumergible 9, Fontanería: Modelo: 132130 Válvula Expulsadora de Aire. Serie: RON-2401-2001 Marca: VAMEX Número de Pasos 6 (seis) Diámetro: 3 plg.

3. Tubería de Columna. Tipo: Brigam Esfera

Dimensiones (diám. X Long.): 6 plg. X 3,05 m.) Válvula de Compuerta. Cantidad de tubos: 40 Marca: Brigman Longitud Total de Tubería: 122m. Diámetro: 3 plg. Tipo de Cuerda: Cónica Válvula Check.

4, Cabezal de Descarga. Marca: Mission Marca: GOULDS Diámetro: 10 plg Dimensiones: 24 plg. X 10 plg. Válvula de Compuerta.

5. Motor: Marca: BRIGAM Marca: U.S. Diámetro: 10 plg Modelo: NB-1253 Válvula Aliviadora de Presión. Corriente: 156A Marca: ROSS Potencia: 125 H.P. Diámetro: 6 plg. Tensión: 440V Válvula Seccionadora de Pozo.

6. Transformador de Potencia Marca: Keystone Marca: ESA Diámetro: 10 plg. Capacidad: 150 KVA 10. Caseta. Voltaje (prim./sec.) 2300/440 Frente: 15 m Capacidad de Aceite: 405 litros Fondo: 6,50 m

7. Subestación Eléctrica. Altura: 3 m Marca: ENERGOMEX Espesor: 0,20 m

Capacidad: 200 KVA Techado: Malla

Ciclónica Tipo: EME-6 11. Cable Alimentador Motor.

8. Tablero de Baja Tensión. Calibre: 3 x 1/0 Contactores Tipo: SumergibleMarca: SIEMENS Longitud: 128 m Piezas: 3 (tres) Línea(s) 1


CAPITULO II.

DATOS NECESARIOS DEL SISTEMA DE BOMBEO

2.1 Ingeniería básica.

2.1.1 Definición y clasificación de fluidos.

Fluido es aquella sustancia que debido a su poca cohesión intermolecular,

carece de forma propia, adoptada la del recipiente que lo contiene y ofrece poco

resistencia a las deformaciones; también se puede definir como sustancias que

no pueden resistir al más ligero esfuerzo cortante sin que se deforme

continuamente, esto es que fluya mientras se aplique un esfuerzo cortante.

2.1.1.1 Los fluidos se clasifican en líquidos y gases.

Se denomina Gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni

volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas

y con poca fuerza de atracción.

2.1.1.2 El Líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un

Líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura

y presión constantes.


2.2 Propiedades de los fluidos (agua).

La parte de la Mecánica que estudia las propiedades y las Leyes del

comportamiento de los Fluidos tanto en equilibrio (Hidrostática), como el

movimiento (Hidrodinámica), es la Mecánica de Fluidos, bajo el principio de

“Fluido Incompresible” real o ideal.

2.2.1 Definiciones

2.2.1.1 Densidad ( ρ ) es una magnitud referida a la cantidad de masa

contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos

absolutos o relativos. La unidad de densidad específica es el Kg/m 3 , y para el

agua a nivel del mar a 4 °C (39.2 °F) su densidad es de 1000 Kg/m 3 .

2.2.1.2 El Peso Específico (γ ) de una sustancia se define como su peso por

unidad de volumen. Se calcula al dividir el peso de la sustancia entre el

volumen que ésta ocupa. En el Sistema Técnico, se mide en kilopondios por

metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, en newton por

metro cúbico (N/m³).

2.2.1.3 El Volumen Específico (v) es el volumen ocupado por unidad de masa

de un material. Es la inversa de la densidad no dependen de la cantidad de

materia. Ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente

peso y volumen pero el peso específico de ambos será igual. Este es

independiente de la cantidad de materia considerada para calcularlo, sus

unidades son el metro cúbico por kilogramo (m 3 /kg ó ft 3 /lb).


2.2.1.4 La Densidad Relativa es la relación entre la densidad de una sustancia

y la cierta densidad de agua a 4°C o la densidad del mercurio. La densidad

relativa es función de la temperatura y de la presión (la densidad relativa es

adimencional).

2.2.1.5 La Viscosidad Dinámica ó Absoluta es aquella propiedad que expresa

la facilidad que tienen un fluido para circular cuando se aplica una fuerza

externa o bien es una medida de su resistencia al deslizamiento o a sufrir

deformaciones internas. Sus unidades son en Pa·s o cP.

2.2.1.6 La Presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce

un líquido a un gas perpendicularmente a dicha superficie. Sus unidades son

en Kg/cm2 o Lb/in2

2.2.1.7 La Presión Atmosférica es la fuerza ejercida en una unidad de área

debida al peso de la columna de aire que gravita sobre dicha unidad de

superficie. La presión atmosférica varia con la temperatura debido a que al

disminuir esta, el aire se toma más denso y pesa más, por lo tanto si la

temperatura aumenta, la densidad de la columna de aire disminuirá y el peso

de esta.

2.2.1.8 La Presión Absoluta es la presión resultante de considerar la presión

atmosférica más aquella que la producen otras causas o sea la manométrica. Se

mide respecto al cero absoluto de presión o 100 % de vacío.

2.2.1.9 La Presión de Vapor, en la superficie libre de un líquido a cualquier

temperatura hay un constante movimiento de moléculas que escapan de dicha

superficie, es decir, el líquido se evapora. Si el líquido se encuentra en un

recipiente cerrado, y sobre su superficie queda un espacio libre, este espacio se


llega a saturar de vapor y ya no se evapora más líquido. A la presión parcial a

que dan lugar las moléculas de vapor se llama presión de vapor.

2.2.1.10 El Caudal es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a

través de una sección transversal a la corriente, se designa por la letra (Q) y

sus unidades son (m 3 /s)

2.2.1.11 El Bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido

para moverse de un punto a otro, no es como frecuentemente se piensa, la

adición de presión. Por la energía, es capacidad para hacer trabajo,

adicionándola a un fluido obliga al fluido a hacer trabajo.

2.2.1.12 Una Bomba es un transformador de energía. Recibe energía

mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico, de combustión, etc. Y la

convierte en forma de presión, de posición o de velocidad.

La bomba es una maquina diseñada para incrementar la energía a un líquido.

2.2.1.13 Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a

la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a

otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio

denominado impulsor o rodete, el cual se encuentra dentro de una carcasa

llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica

a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El

fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales

de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se

encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta,

el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida

para convertirse en presión estática.


Figura 3. Bomba Centrifuga

2.3 Clasificación de las bombas.

Las bombas pueden clasificarse considerando su aplicación a los materiales de

construcción y a los líquidos que manejan. Este método basado en el principio

por el cual se agrega energía al líquido, divide a las bombas en tres grandes

grupos.

Bombas dinámicas ó centrifugas

Bombas de desplazamiento

Bombas rotatorias

Las bombas también se clasifican según las consideraciones generales

diferentes:

a) La que toma en consideración la características de movimiento de los

líquidos.

b) La que se basa en el tipo de aplicación específica para los cuales se ha

diseñado la bomba.


De acuerdo a nuestro proyecto la bomba que se va a seleccionar es del tipo

centrifuga en la tabla 1.1 se encuentra la Clasificación de Bombas Centrífugas

de acuerdo a la norma de referencia de NRF-050-2007 de Pemex.

Tabla 2. Clasificación de Bombas centrífugas según NRF-050 PEMEX

2.3.1 Bombas centrífugas.

2.3.1.1 Bomba tipo OH1: Las bombas con denominación del tipo OH1 son con

impulsor en voladizo, montadas al pie y de una etapa.

Figura 4. Bomba tipo OH1.


impulsor en voladizo, soportadas en la línea de centros y de una etapa. Tienen


un solo alojamiento de cojinetes para absorber todas las fuerzas impuestas a la

flecha de la bomba y mantiene el rotor en posición durante la operación. Las

bombas son montadas sobre una base o patín común y son acopladas con cople

flexible a su accionador.


2.3.1.3 Bomba tipo OH3: Las bombas con denominación de tipo OH3 son con

impulsor en voladizo, vertical en línea, una etapa y con cojinete en soporte.

Estas bombas tienen un alojamiento de cojinete integrado a la bomba para

absorber todas las cargas de la bomba. La bomba y su accionador son acopladas

con acoplamiento flexible.



impulsor en voladizo, vertical en línea, una etapa y rígidamente acoplada. Las


bombas rígidamente acopladas tienen su flecha acoplada rígidamente a la

flecha del accionador.



impulsor en voladizo, vertical en línea, una etapa y con el impulsor montado en

la flecha del accionador.



impulsor en voladizo, una etapa, de alta velocidad y accionada por engranaje

integrado. Este tipo de bombas tienen un incrementador de velocidad

engranado integrado a la bomba. El impulsor es montado directamente a la


flecha de salida de la caja de engranes. No hay acoplamiento entre la bomba y

la caja de engranes, sin embargo, la caja de engranes es acoplada con cople

flexible al accionador. Las bombas pueden ser de orientación vertical u

horizontal.


2.3.1.7 Bomba tipo BB1: Las bombas con denominación del tipo BB1 son de

carcasa dividida axialmente, una y dos etapas y montada entre cojinetes.

Figura 10. Bomba tipo BB1.


carcasa dividida radialmente, una y dos etapas y montada entre cojinetes.




carcasa dividida axialmente, multietapas y montada entre cojinetes.



carcasa sencilla dividida radialmente, multietapas y montada entre cojinetes.

Estas bombas también se le llaman de anillo seccionado, anillos segmentados o

varillas tensionadas. Estas bombas tienen un área potencial de fuga en cada

segmento.




doble carcasa dividida radialmente, multietapas y montada entre cojinetes

(bomba de barril).


2.3.1.12 Bomba tipo VS1: Las bombas con denominación del tipo VS1 son de

cárcamo húmedo o pozo profundo, verticalmente suspendidas, de difusor,

carcasa sencilla y descarga a través de la columna.

Figura 15. Bomba tipo VS1.


2.3.1.13 Bomba tipo VS2: Las bombas con denominación del tipo VS2 son

cárcamo húmedo, verticalmente suspendidas, carcasa sencilla, de voluta y

descarga a través de la columna.


2.3.1.14 Bomba tipo VS3: Las bombas con denominación del tipo VS3 son

cárcamo húmedo, verticalmente suspendidas, carcasa sencilla, de flujo axial y

descarga a través de la columna.




sumidero, verticalmente suspendidas, carcasa sencilla, de voluta y accionada

por flecha en línea.



cárcamo húmedo, verticalmente suspendidas y con impulsor en voladizo.




carcasa doble, difusor y verticalmente suspendidas.



carcasa doble, de voluta y verticalmente suspendidas.


2.4 Curvas de Comportamiento

A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo (rotatorias y

reciprocantes), una bomba centrifuga que se opera a velocidad constante puede

suministrar cualquier capacidad de cero a un máximo, dependiendo de la

columna, diseño y succión. Las curvas características (Fig. 22) muestran la

relación existente entre cada bomba, capacidad, potencia y eficiencia para un


diámetro de impulsor específico y para un tamaño de carcasa.

Figura 22. Curva de comportamiento.


Es habitual dibujar la columna, potencia y eficiencia en función de la capacidad

a velocidad constante, como en la Fig. 22. pero en casos especiales es posible

señalar en las gráficas tres variables cualesquiera contra una cuarta.

La curva de capacidad de columna, conocida como HQ, muestra la relación

entre la capacidad de columna total, y puede ser creciente, decreciente, con

gran inclinación o casi horizontal, dependiendo del tipo de impulsor usado y de

su diseño. En la columna desarrollada por la bomba es de 43.80 m de liquido,

capacidad de 67 lps A 36.50 m de columna R la capacidad de la bomba sube a

98.8 lps.

2.5 Datos necesarios para el sistema de bombeo.

Con la información que se dé en este capítulo comenzaremos a dar forma a

nuestro proyecto en cuanto a: periodo de diseño, población, consumo, demanda,

dotación, gastos de diseño y normas o reglamentos que se tomarán en cuenta,

todo ello para tener un buen diseño del “Sistema de Bombeo”. Este marco

teórico, procederá los criterios para la población del proyecto.

2.6 Normatividad y reglamento aplicable al sistema de bombeo.

Las dependencias federales como la Comisión Nacional del Agua; estatales,

como la Comisión del Agua del Estado de México y municipales, como es el

Servicio de Agua Potable, alcantarillado y Saneamiento de Chapa de Mota,

tienen como objetivo principales: la administración de las aguas nacionales,

modificar y hacer cumplir las leyes del sector hídrico, llevar a cabo la

evaluación y el desarrollo de proyectos. Todo parte de una ley, de la

constitución política de los Estados Unidos Mexicanos, en su artículo 27.


Tomaremos en cuenta todas las normas y reglamentos los cuales podrán ser

determinados en la planeación, desarrollo y construcción del sistema de

bombeo. Las leyes aplicadas o reglamentos se harán mención en su

determinado momento en el desarrollo del mismo.

2.6.1 Ley de aguas nacionales.

Es reglamentaria del artículo 27 de la Constitución Política de los Estados

Unidos mexicanos en materia de aguas nacionales. Sus disposiciones son de

orden público e interés social y tiene por objeto regular la explotación, uso o

aprovechamiento de las dichas aguas, su distribución y control así como la

preservación de su cantidad y calidad para lograr su desarrollo integral

sustentable.

Las disposiciones de esta ley son aplicadas a todas las aguas nacionales, sean

superficiales o del subsuelo. Las disposiciones aplicadas a nuestro proyecto

serán las siguientes: artículos 14 BIS, fracciones II, III; 17; 20; 21; 23 BIS; 24;

25; 28; 29; 46; 96 BIS 2, fracción IV. Por parte del reglamento las disposiciones

aplicables son las siguientes: artículos 18; 29; 20; 22; 28; 29; 81; 82 fracciones I,

II; 157; 160 fracciones I, V; 162; 163.

2.6.2 Ley del agua del estado de México.

Esta ley es una de las reglamentarias de la ley de aguas nacionales, en materia

de aguas estatales; sus disposiciones son de orden público e interés social y

tiene por objeto regular la explotación, uso o aprovechamiento de dichas aguas,

su distribución y control, a sí mismo como la preservación de su cantidad y

calidad para lograr su desarrollo integral sustentable. Las disposiciones


aplicables a este proyecto serán las siguientes: artículos 7; 8; 9, fracciones I, II;

10; 11, fracción II; 39; 40, fracciones II; 49; 58; 63; 69, fracciones I, II.

2.6.3 Servicio de agua potable, alcantarillado y saneamiento de Chapa de

Mota

Para la administración y control de las aguas que estén dentro del territorio

municipal, el manejo se regirá de igual modo por los reglamentos federales y

estatales. Para proyectos de agua potable será necesario utilizar las normas

que emiten los organismos federales. Para el pago de impuestos, implantación

de sistemas hidráulicos y acciones de mantenimiento, existe un organismo

oficial denominado Servicio de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de

Chapa de Mota (SAPASA)

Este es un organismo oficial descentralizado del poder público municipal y

opera bajo las estimulaciones de los artículos 1, fracciones III, IV, V, VIII; 2,

fracciones I, IV, V, VIII, XIX, XX, XXI, XXIII, XXV, XXIX, XXXI, XXXII,

XXXIII, XXXIV, XXXV, XXXVI; 17, 18, fracciones II; 19-24, 28, 30, 31, 33 de la

ley del agua del Estado de México.

2.6.4 Normas Oficiales del Sector Agua

El comité consultivo nacional de normalización del sector agua dependiente de

la CNA, expide normas oficiales mexicanas en la materia, mediante las cuales

ejerce las atribuciones que confiere la Ley de Aguas Nacionales y su

reglamento, como son aprovechar adecuadamente y proteger el recurso hídrico

nacional.


Estas normas garantizan que los organismos operadores de sistemas de agua

potable, cumplan con el objetivo de aprovechar, preservar y manejar

eficientemente el agua. Las normas oficiales mexicanas del sector en vigor y

aplicadas a este proyecto son las siguientes:

NOM-013-CNA-2000. Redes de distribución de agua potable, especificaciones

de hermeticidad y métodos de prueba.

NOM-230-SSA1-2002.Salud ambiental. Agua de uso y consumo humano,

requisitos sanitarios que se deben cumplir en los sistemas de abastecimiento

públicos y privados durante el manejo de agua. Procedimientos sanitarios para

el muestreo.

2.7 Datos de selección.

2.7.1 Periodo de diseño.

Es el intervalo de tiempo durante el cual se estima que la obra por construir

llegue a su nivel de saturación; este período debe ser menor que la vida útil.

Los elementos de un sistema de agua potable se proyectan con una capacidad

prevista hasta el periodo de diseño. Rebasado el período de diseño, la obra

continuará funcionando con una eficiencia cada vez menor, hasta agotar su

vida útil.

Para poder definir el periodo de diseño de un proyecto es recomendable, hacer

un listado de las estructuras, equipos y accesorios más relevantes en el

funcionamiento y operación del proyecto (tabla.3.)


Tabla 3. Periodos de diseño para sistemas de agua potable

2.7.2.1 Vida útil.

Es el tiempo que se espera que la obra sirva a los propósitos de diseño, sin

tener gastos de operación y mantenimientos elevados, que hagan antieconómico

su uso o que requiera ser eliminada por insuficiente. En la selección de la vida

útil, es conveniente considerar que generalmente la obra civil tiene una

duración superior a la obra electromecánica y de control.

Así mismo, las tuberías tienen una vida útil mayor que los equipos, pero no

tienen la flexibilidad de éstos, puesto que se encuentran enterradas. Tampoco

hay que olvidar que la vida útil dependerá de la adecuada y eficiente aplicación

de los programas preventivos que se programaran con anticipación.

También deberemos tomar en cuenta todos los factores, características y

posibilidades de riesgo del proyecto, para establecer adecuadamente el periodo

de vida de cada una de las partes del sistema de agua potable. Para ello nos

apoyaremos en la siguiente tabla (tabla 4.)

Elemento Periodo de diseño (años)

Pozo

Línea de Conducción

Estación de Bombeo

5

5 a 20

5 a 10


Elemento Vida útil ( años)

Pozo:

Equipo

Electromecánico

8 a 20

Línea de Conducción: 20 a 40

Estación de Bombeo:

Equipo

Electromecánico

8 a 20

Tabla 4. Vida útil de los elementos de sistemas de agua potable

La vida útil del equipo electromecánico, presenta variaciones muy

considerables, principalmente en las partes mecánicas (impulsores, columnas,

soporte de chumaceras, flechas, etc.), la cual se ve disminuida notablemente

debido a la calidad del agua y a las condiciones de operación como son las

variaciones de la bomba, distribución geométrica en la estación de bombeo,

paros y arranques frecuentes.

Observando en las tablas anteriores 3 y 4, se ha tratado de definir un periodo

de diseño para este proyecto y el principal elemento de que consta este sistema

es la línea de conducción, aún no podemos decir si los equipos de bombeo del

pozo y la estación de bombeo se cambiaran por tanto tomaremos el valor

mínimo del período de diseño de la línea de conducción.

Para el elemento principal, se recomienda de 5 a 20 años y como el valor

máximo de este periodo de diseño, entra también en la vida útil de los demás

elementos. Por tanto se ha elegido un tiempo de 20 años, como periodo de


diseño. Siendo este periodo menor al tiempo en el cual se podrá explotar la

fuente de abastecimiento. El periodo de diseño, se utilizara para los cálculos

posteriores.

2.7.2 Población.

Hay que conocer como ha venido creciendo la población en la zona centro

(barrio primero) de la comunidad de San Felipe Coamango, en base a datos

censales y registros de usuarios de servicio públicos, etc., esto para tener un

dato preciso de cuál será el volumen de agua que se necesitará para poder

cubrir las necesidades de la población ahora y durante los 20 años que se

comprende el periodo de diseño del sistema de bombeo.

2.7.2.1 Población actual.

Con ayuda de los datos censales del Instituto Nacional de Estadística,

Geografía e Informática, INEGI visitas de reconocimiento en la localidad y el

registro de usuarios del servicio de agua potable proporcionada por

S.A.P.A.SA.C se tiene los siguientes:

La zona centro (barrio primero) de la comunidad de San Felipe Coamango tiene

un número de 2350 casas.

Tabla 5. Determinación de la población actual


Por lo tanto se tiene en la comunidad de San Felipe Coamango, en el año de

2009 un número de habitantes. Esto no servirá como base para los cálculos

siguientes: población de proyecto, consumo, demanda, dotación, entre otras,

esto para la proyección en el año de 2025.

2.7.2.2 Población de proyecto.

Es la cantidad de personas que se espera tener en la localidad al final del

periodo de diseño del sistema de agua potable. Los factores del cambio futuro

en la población son: el aumento natural (más nacimientos que muertes) y la

migración neta (movimientos de las familias hacia adentro y hacia afuera de un

área determinada).

En referencia de cómo se estimará la proyección en un futuro (20 años),

tendremos que aplicar nuestro criterio y algunos factores que hay que tomar en

cuenta. Podemos seguir la línea de algún método estadístico, para determinar

la cantidad de habitantes pero en este caso, será mejor hacer las siguientes

indicaciones:

En 15 años, la colonia centro ha demostrado un incremento, al punto de

llegar a tener una densidad de población de 5.5 habitantes por casa. Este

valor puede aumentar a 6 ó 6.3 habitantes por casa, lo que provocaría la

construcción de más casas o cambio de lugar para residir.

Es un hecho que la población no crecerá en función del crecimiento de la

colonia centro (barrio primero), es decir que esta parte de la comunidad

ya tiene un número de casas y el abastecimiento de agua será para las

176 casas.


Las características y diseño de las casas son tales, que en promedio no se

pueden tener a más de 6 ó 6.3 habitantes en cada uno y que lo contrario

el estatus de vida sería un tanto incomodo, pero aun así el volumen de

agua requerido en los próximos 20 años se determinará con el límite de

habitantes por casa.

Los índices de mortalidad, aunque menores en comparación con los de

natalidad, es un factor que no hay que despreciar para la estimación de

la población en los siguientes 20 años.

2.7.3 Consumo.

Es la parte de suministro de agua que utilizaran los usuarios, sin considerar

las pérdidas en el sistema. Se expresa en unidades de m/día o l/día. Para la

determinación del consumo de agua potable, en la localidad, se considera que

no se cuenta con estadísticas de consumo, el cual es totalmente domestico. Es

por eso que primero se determina la clase socioeconómica de nuestra

comunidad, enseguida se clasifica la región por tipo de clima en función de la

temperatura media anual y por último se obtiene el consumo (l/hab/día), de la

clase socioeconómica de nuestra comunidad en función del tiempo de clima de

la región en que se encuentre.

Tabla 6. Tipos de usuarios domésticos.


2.7.3.1 Pérdidas físicas.

Las pérdidas físicas se refieren al agua que se escapa por fugas en las líneas de

conducción, tanques, redes de distribución y tomas domesticas. De acuerdo a

estudios de campo se ha determinado que estas pérdidas se determinan a

partir de muestras de inspección. Estas depende mucho de los factores: presión

de trabajo, calidad de tubería y accesorios, el proceso constructivo, tipo de

material, antigüedad de elementos del sistema y sobre todo al mantenimiento a

estos últimos.

En caso de no disponer de información, se puede considerar un valor promedio,

de acuerdo a experiencias nacionales, del orden del 30% (ref 1.), del volumen

suministrado, que es el resultado del estudio de ciertas ciudades de la república

mexicana.

2.7.4 Demanda.

Es igual al consumo total entre las pérdidas físicas del agua en el sistema. Para

efectos de nuestro diseño se considerará el valor promedio de pérdidas físicas,

determinado a continuación, de un 30% del volumen suministrado.

-1-


Despejando la demanda:

-2-

Pérdidas = Demanda (% Pérdidas)

Para los años siguientes se supondrá que se cuenta con un programa de

mantenimiento preventivo, en nuestro “Sistema de Bombeo” que controle y

disminuya las pérdidas físicas en un 0.5% anual.

Año

Servicio doméstico 2005 2025

Población media 12,039,5 15,045,37 Pérdidas 30 20 Consumo (m³/día) 2,468,09 3,085,12 Demanda (m³/día) 3,525,8 3,856,4 Pérdidas (m³/día) 1,057,74 771,28

Tabla 7. Proyecto de la demanda, tipo domestico.

2.7.5 Dotación.

La dotación es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando

todos los consumos de los servicios y las pérdidas físicas en el sistema en un día

medio y sus unidades están dadas en (l/hab/día). La dotación se obtiene de

dividir la demanda total entre el número de habitantes, por mil. Dentro del

período de diseño (2025).


Años Servicio 2005 2025

Población (Habitantes) 12,039,5 15,049,37 Demanda Doméstica (m³/hab) 3,525,8 3,856,4 Dotación de Agua (l/hab/día) 293 257

Tabla 8. Dotación de agua para la localidad.

2.7.6 Gastos de diseño.

Los coeficientes de variación se derivan de la fluctuación de la demanda debido

a los días laborales y otras actividades.

Los requerimientos de agua para un sistema de distribución no son constantes

durante el año, ni el día, sino que la demanda varía en forma diaria y horaria.

Debido a la importancia de estas fluctuaciones para el abastecimiento de agua

potable, es importante obtener los gastos máximos diario y máximo horario.

Los cuales se determinaran multiplicando el coeficiente de variación diaria por

el gasto medio diario y el coeficiente de variación horaria por el gasto máximo

diario respectivamente.

Para la obtención de los coeficientes de variación diaria y horaria, para este

caso tenemos que considerar los valores de los coeficientes de variación diaria y

horaria medios que se obtuvieron del estudio q se llevo a cabo.

Tabla 9. Coeficiente de variación Diaria.


2.7.7 Coeficiente de regularización.

La regularización tiene por objeto cambiar el régimen de suministro

(conducción), que normalmente es constante, a un régimen de demandas (de la

red de distribución), que siempre es variable. La capacidad de tanque de

almacenamiento está en función de gasto máximo diario y la ley de demandas

de la zona y localidad.

El coeficiente de regularización está en función del tiempo (número de horas

por día) de alimentación al tanque, requiriéndose almacenar el agua en horas

de baja demanda, para distribuirlas en horas de alta demanda.

Cuando no se conoce la ley de demandas de una localidad en particular, se

aplican estos valores:

Tabla 10. Coeficiente de regularización (ref.1)


CAPITULO III

MEMORIA DE CÁLCULO

En el presente capítulo con la ayuda de conceptos básicos de Mecánica de

Fluidos y Máquinas Hidráulicas determinaremos el valor de incógnitas ó

variables como el gasto volumétrico (Q), pérdidas hidráulicas (Hh), golpe de

ariete, entre otros. En otras palabras, se desarrollarán aspectos técnicos,

proporcionando más datos y argumentos para el diseño, selección de equipo,

materiales de los elementos del sistema y comenzar a trazar las líneas de

conducción hasta la estación de bombeo.

3.1 Cálculos preliminares.

A continuación se realizarán los cálculos de acuerdo a los datos obtenidos en el

capítulo II, con la ayuda de las tablas y ecuaciones utilizadas en los incisos

anteriores, para determinar las características de los elementos como son: la

tubería, zanjas para la tubería, pérdidas por fricción, equipos de bombeo para

la fuente de abastecimiento y la estación de bombeo, etc.

3.1.1 Diámetro de la tubería.

La tubería es el medio a través del cual se va a trasladar el fluido, desde la

fuente de abastecimiento hasta la estación de bombeo. Este es un elemento

principal del sistema, ya que en él se basó la proyección para el sistema de

bombeo. Para un diámetro dado, cuanta más gruesa sea la pared de la tubería

mayor será la presión que soportará y el costo por unidad de longitud de


tubería aumentará con la cantidad de material, la cual es proporcional al

diámetro multiplicado por el espesor.

Por tanto, se elegirá el diámetro mínimo que al mismo tiempo satisfaga los

requerimientos de flujo y el mínimo espesor de la pared que sea capaz de

soportar la máxima presión que se espera en el sistema a fin de reducir al

mínimo el costo de la tubería. De un modo sencillo, el diámetro de la tubería se

calculará con ayuda de la ecuación de continuidad:

Q = V A (ref. 4) -3-

Donde:

Q = Gasto volumétrico (m3/s ó lps).

V = Velocidad del fluido (m/s).

A = Área por la que el fluido corre (m2).

El único dato con que se cuenta es el gasto volumétrico, que para cuestiones de

diseño tomaremos el gasto máximo horario proyectado a 20 años el cual es de

97.12 lps de acuerdo a la (ref. 1), el área es la incógnita y la velocidad la

podemos tomar de la tabla 20 (ref. 3), la cual nos muestra la velocidad de flujo

para diferentes usos:

SERVICIO VELOCIDAD

Alimentación a calderas.

2.4 a 4.6 m/s (8 a 15

ft/s)

Succión de bombas a líneas de

Descarga

1.2 a 2.1 m/s (4 a 7

ft/s)

Servicios Generales 1.2 a 3 m/s (4 a 10 ft/s)

Distribución de Agua Potable Hasta 2.1 m/s (7 ft/s)

Tabla 11. Velocidades utilizadas para el flujo de agua en tuberías (ref. 4).


Sustituyendo en la ecuación anterior, se tiene:

0.09712 m3/s = (2.1 m/s) (A)

Despejando el área:

De la fórmula del área circular:

-4-

Despejando el diámetro:

-5-

El diámetro seria de D = 0.242 m (9.5 plg).


3.1.1.1 Velocidad del agua en tuberías.

Con ayuda del anexo 1, al final de esta tesis, comprobaremos el valor de la

velocidad tomado del manual de CRANE. Se trazará una línea recta de la

columna de caudal partiendo en el valor de 0.09712 m3/s, terminando en el

valor de 0.242m (9.5 plg) en la columna del diámetro nominal de tubería (anexo

1). Esta línea que se trazo, se intercepta con un valor en la columna de

velocidad en metros por segundo, en este punto el valor para la velocidad es de

aproximadamente 2.1 m/s. Con esto queda demostrado que el valor de la

velocidad seleccionado en la tabla 22, fue el correcto.

Para efectos de nuestro diseño, dentro de lo gastos de diseño tomamos el valor

del gasto máximo horario, ya que es el volumen máximo, que fluirá por la

tubería a cualquier hora del día, en cualquier día del año, al menos durante los

20 años de proyección del “Sistema de Bombeo”.

Hasta ahora, se tiene la medida de la tubería, pero no el material. Este se

elegirá haciendo la evaluación de costos y de sus características. El material de

la tubería con el que se hicieron los cálculos anteriores fue un acero cédula 40.

El diámetro ya fue calculado pero esta medida no coincide con ningún diámetro

comercial. Es por eso que momentáneamente tomaremos el valor inmediato

superior en cuanto a tuberías de acero cédula 40, el cual es de 0.254 m (10 plg).

3.1.2 Línea de conducción.

El conjunto de elementos, cualesquiera que sean, que formen la línea de

conducción deben garantizar su estanquidad y hermeticidad, cumpliendo como

mínimo con las características, especificaciones y métodos de prueba que se


establecen en las normas mexicanas de producto, mencionadas en el capítulo 3

de la NOM-013-CNA-2000 (ref. 6), las cuales son complemento de esta última.

3.1.2.1 Ubicación del “Sistema de Bombeo”.

La ubicación geográfica de la estación de bombeo y el pozo de abastecimiento, se

muestra en la figura 23. La simbología es la siguiente:

CONCEPTO SIMBOLO

ESTACION DE BOMBEO

PAZO DE ABASTECIMIENTO “COLONIA CENTRO”

LINEA DE CONDUCCION - - - - - - -

Debemos considerar para la toma de medidas, posición y trazos correctos se

tiene pensado en contratar a un topógrafo, que tenga unos gastos que se

adecuen a necesidades del proyecto.

3.1.2.2 Arreglo de la línea de conducción.

La línea de conducción se trazará de modo que no afecte ningún domicilio,

líneas de teléfono, drenaje, gas natural o cualquier tipo de estructura existente.

También procurando que haya la menor cantidad de quiebres o cambios de

dirección; esto para evitar las caídas de presión, turbulencia y pérdidas por

rozamiento.

Para ello, la tubería se colocará, siguiendo una ruta por las calles menos

estrechas, procurando que no exista ningún tipo de perjuicio tanto para las

comunidades como para a la tubería.


Figura 23. Ubicación territorial del “Sistema de Bombeo”

La tubería de descarga del pozo es de 0.254 m (10 plg) al igual que la de

entrada a la estación de bombeo. Momentáneamente podemos manejar este

mismo diámetro para la línea de conducción. Como precedente de la longitud

total del “Sistema de Bombeo” y poder calcular las pérdidas por fricción.

3.1.3 Zanjas para la instalación de la tubería.

Las tuberías se instalan sobre la superficie o enterradas, dependiendo de la

topografía, clase de tubería o tipo de terreno. En nuestro caso, para obtener la

máxima protección de las tuberías se instalarán en zanja. Además de la

protección contra el paso de vehículos, en el tipo de instalación que se adopte,

se deben considerar otros factores relacionados con la protección de la línea,

como son el deterioro o maltrato de animales, la exposición a los rayos solares,

variación de la temperatura, etc. Para determinar las características de la


zanja para alojar la tubería, nos apoyaremos en la tabla 12, de acuerdo al

Manual de Normas para Sistemas de Agua Potable.

Diámetro Nominal Ancho

(Vd.)

Profundidad

(H)

Espesor

de la

plantilla

Volumen de

la excavación

(cm) (plg) (cm) (cm) (cm) (m3/m)

15 6 70 110 10 0.77

20 8 75 115 10 0.86

25 10 80 120 10 0.96

30 12 85 125 10 1.06

45 14 90 130 10 1.17

Tabla 12. Dimensiones de la zanjas y plantillas para tuberías de agua potable.

La plantilla consiste en un piso de material fino, que en nuestro caso podemos

utilizar tepetate colocado sobre el fondo de la zanja, que previamente ha sido

arreglado con la concavidad necesaria para ajustarse a la superficie inferior de

la tubería, en un ancho cuando menos igual al 60% de su diámetro exterior.

Deberán excavarse cuidadosamente las cavidades o conchas para alojar la

campana o cople de las juntas de los tubos, del material que sea, a fin de

permitir que la tubería apoye en toda su longitud sobre el fondo de la zanja o la

plantilla apisonada. El espesor de este será de 10 cm, como puede verse en la

figura 24.

El resto de la tubería debe ser cubierto hasta un altura de 30cm arriba de su

lomo con material granular fino o bien podemos utilizar el material producto de

la excavación, colocado y compactado cuidadosamente con equipo manual, como

pueden ser palas y pisones y humedecido adecuadamente con agua tratada,

llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubería (apostillado).


Este relleno se hace con capas que no excedan de 15 cm de espesor (figura 24).

El resto de la zanja podrá ser rellenado a volteo o compactado según sea el

caso: si la tubería se instala en zona urbana con tránsito vehicular intenso todo

el relleno será compactado, y si se instala en zonas con pocos tránsitos

vehiculares o rurales será a volteo. La siguiente figura muestra lo explicado

anteriormente:

Figura 24. Relleno de zanjas

3.1.4 Equipo de bombeo para el pozo.

Para comenzar, se seleccionará una bomba centrífuga vertical tipo turbina, ya

que de acuerdo al manual de normas de agua potable, alcantarillado y

saneamiento (ref. 1), son bombas para servicio en pozos donde el nivel del

líquido sobrepasa la altura de succión de las bombas. Estas bombas por lo

general se construyen con lubricación por aceite o por el mismo fluido

bombeado (auto lubricado) con tazones y difusores.


En los siguientes incisos se determinarán los parámetros para poder

seleccionar, de entre varios fabricantes, un correcto equipo de bombeo; primero

para el pozo Nº 10 y enseguida para la estación de bombeo.

3.1.4.1 Cálculo de pérdidas por fricción.

El coeficiente de fricción es la variable de diseño que permite calcular las

pérdidas de energía en el escurrimiento por un conducto. Se ha exterminado

que en el diseño de conductos a presión de sistemas de agua potable, para

obtener las pérdidas de energía se utilice el modelo de Darcy-Weisbach.

Para el calcular las pérdidas utilizaremos el método de longitudes equivalentes

y como primer paso determinaremos que tipo de flujo (laminar, transición a la

turbulencia y turbulento) habrá en las tuberías, con ayuda del número de

Reynolds (Re), el cual dice lo siguiente:

Si Re < 2000; el flujo es laminar.

Si 2000 < Re < 10,000; el flujo está en transición a la turbulencia.

Si Re > 10,000; el flujo es turbulento.

Como el diámetro, tipo material y el fluido es el mismo para toda la tubería, se

utilizará la siguiente fórmula:

-6-

Re = Número de Reynolds (adimensional).

V = Velocidad del Fluido (m/s).

D = Diámetro de la tubería (m).

υ= Viscosidad cinemática del agua (m2/s)


Sustituyendo valores en la ecuación anterior

-7-

Por lo tanto el tipo de flujo que habrá dentro de la línea de conducción es

turbulento y para ello, las pérdidas las calcularemos con la ecuación de Darcy-

Weisbach, la cual dice:

-8-

Donde:

Hf = pérdidas de energía en el escurrimiento por un conducto, (m).

f = Coeficiente de pérdidas por rozamiento, (adimensional).

L= Longitud total de la tubería, (m).

D = Diámetro nominal de la tubería, (m).

V = Velocidad del fluido, (m/s).

g = Aceleración de la gravedad, (m/s2).

Las pérdidas por fricción las calcularemos por longitudes equivalentes, por lo

tanto la ecuación 8, quedará de la siguiente manera:

-9-

Donde:

ΣL = Sumatoria de longitudes de los tramos rectos de tuberías (m).

ΣLe = Sumatoria de longitudes equivalentes de accesorios diversos (m).


El factor (f) que está en función de dos valores: la rugosidad relativa, que se

obtiene de dividir la rugosidad absoluta del material de la tubería (ε) (anexo 4)

entre el diámetro de la tubería (D); y del número de Reynolds, que se obtuvo

con la ecuación 7.

Nos apoyaremos en el diagrama de Moody (anexo 2), para obtener el factor de

fricción (f), por lo tanto de acuerdo con los valores anteriores se obtuvo que:

Re=407,798.16

-10-

Del diagrama de Moody, se tiene que: f= 0.0154 3.1.4.2 Pérdidas primarias.

Para determinar la longitud de los tramos rectos nos auxiliamos de la figura 4,

modificada para trabajar únicamente sobre las líneas de conducción, para

obtener las siguientes medidas:


Figura 25. Longitud de los tramos de las líneas de conducción

3.1.4.3 Pérdidas secundarias.

Se refiere a la longitud equivalente (Le), de todos los accesorios o elementos del

sistema que no se consideren tramos rectos, los cuales pueden ser codos,

válvulas, etc. Las longitudes equivalentes de los accesorios se obtuvieron de la

siguiente manera:

Al final de esta tesis en el anexo 3, se muestra el tipo de accesorio y la fórmula

para obtener el coeficiente de resistencia K, al obtener este valor en el anexo 6,

se trazó una línea vertical desde el valor del diámetro del accesorio elegido, en

el inferior de la columna de “d, diámetros interior de la tubería” hasta la curva

correspondiente al valor de K, la intersección de esa dos líneas, se recorre hacia

el límite derecho de esta misma columna, desde el cual se traza una línea recta

al mismo valor del diámetro del accesorio, en la columna “d, diámetro interior

de la tubería”.


En medio de estas dos columnas está la propia de las “Le, longitudes

equivalentes en metros de tubería”, el punto de cruce de la última recta trazada

y ésta columna corresponderá al valor de la longitud equivalente del accesorios

en cuestión. Estos mismos pasos se repiten para obtener la (Le) de cualquier

accesorio.

Contaremos con los datos siguientes: velocidad del fluido (2.1m/s), diámetro de

la tubería (0.254m) y sobre todo la constante de la aceleración de la gravedad

(9.81m/s²); de la tabla 13, obtendremos las longitudes de la derivaciones. ELEMENTOS DE TUBERIA EN LA LINEA DE DERIVACION

TRAMO

ACCESORIOS Le (m)

LINEA

DE

CONDUCCION

*Tubería

Codo 22°

*Tubería

Codo 22°

*Tubería

Codo22°

*Tubería

Codo 90°

*Tubería

Codo 90°

*Tubería

Codo 90°

*Tubería

Te

45

1.6

105

1.6

115

1.6

97

8.2

550

8.2

40

8.2

40

16

=∑ r 1037.4 metros

Tabla 13. Sumatorias de longitudes, en la línea de derivación.


(*) Los tramos de tubería rectos, la longitud equivalente es la longitud del

tramo. Tentativamente los accesorios de la línea de conducción serán de acero

cédula 40, con un diámetro de 0.250 m (10 pulg).

Sustituyendo los valores en la ecuación siguiente, tenemos que:

-11-

3.1.4.4 Carga dinámica total.

Se determina la energía requerida para impulsar el líquido desde el nivel de

succión hasta el nivel de descarga venciendo las resistencias que ofrece la

tubería y los accesorios, al paso del fluido. En este punto haremos algunas

aclaraciones correspondientes.

La carga dinámica total, se define como la suma total de resistencia del

sistema, correspondiente a la carga estática total, a la pérdida de carga por

fricción en la tubería de succión y descarga y a la carga por velocidad.

CDT = He + Hf + Hv -12-

Donde:

He = hd – hs

( )( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

²/81.92²/1.2

254.04.10370154.0

smsm

mmHf

mHf 732.6=


Carga estática total, (m). Es la suma algebraica de la carga estática de

descarga más la carga estática de succión, pero lo de nosotros es caso contrario

por el sistema que es de altura estática de succión, por lo tanto se restarán

ambos términos.

Hf = Hfs + Hfd; -13-

Esto es la carga requerida para vencer la resistencia de un líquido a fluir en

una tubería y sus accesorios, dependiendo del tamaño y tipo de tubo así como

de la naturaleza del líquido a manejar y del tipo y cantidad de dichos

accesorios.

Hv = V²/2g; -14-

Es la energía contenida en un líquido, como resultado de su movimiento a una

velocidad. Es la carga necesaria para acelerar el fluido. Donde (V) es la

velocidad del líquido y (g) es la aceleración de la gravedad.

Considerando los datos que se tienen de la CDT. Los valores de He, Hf y Hv,

suponemos que están implícitos en el valor de la carga, al menos para el tramo

de succión. Por lo tanto la ecuación para determinar la CDT del sistema queda

de la siguiente manera:

CDT = CDTs + CDTd -15-

CDT = CDTs + He + Hf1-2 + Hv -16-


Donde:

CDTs = Carga dinámica total de succión (mca).

CDTd = Carga dinámica total de descarga (mca).

Para la CDTd se determinará de igual modo que en la ecuación 16, utilizando

las mismas variables. He, como ya dijimos será igual a cero, ya que la distancia

entre el eje de la descarga de la bomba y el nivel del líquido en el tanque será

prácticamente el mismo, por encontrarse ambos puntos a la misma altura sobre

el nivel del mar. Hf1-2, ya fue calculado y Hv, se obtiene de sustituir valores en

la siguiente ecuación:

-17-

Por lo tanto para determinar la carga dinámica total en la línea de conducción,

se sustituyen los datos en la ecuación (16):

CDT = CDTs + He + Hf1-2 + Hv

CDT = 100.9 m + 0 + 37.21 m + 0.224 m

CDT = 138.33 mca (453.83ft).

( )2

22

/81.92/1.2

2 smxsm

gVHv ==

mHv 224.0=


3.1.4.5 NPSH-D (Carga neta positiva en la succión disponible).

A ciencia cierta la carga neta positiva de succión disponible no la sabemos, pero

lo que sí sabemos es que, esta debe ser mayor a la carga neta positiva en la

succión requerida, este dato lo otorga el fabricante en las gráficas de la bomba,

por lo tanto teniendo la condición:

NPSH-D ≥ NPSH-R

Entonces podemos elegir una bomba que tenga un NPSH-R expresado en

metros menor, al valor del nivel estático del pozo. El cual para el pozo es de

67m. Como práctica común es recomendable agregar un factor de seguridad, al

NPSH-D que de acuerdo al Manual de Agua Potable, Alcantarillado y

Saneamiento se recomiendan los siguientes:

SERVICIO Factor

Para condiciones de instalación bien definidas. (Ya

instalas). 1.0

Para diseños de servicios nuevos. 1.1 (mínimo)

Tabla 14. Factor de seguridad al valor del NPSHD

3.1.4.6 Golpe de Ariete.

El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y por tanto de régimen variable,

en que la tubería ya no es rígida y el líquido es compresible. Este fenómeno se

produce en los conductos al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o

parar una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal.

Si se cierra una válvula rápidamente, en virtud del principio de conservación

de energía, al disminuir la energía cinética, esta se va transformando en un

trabajo de compresión del fluido, que llena la tubería y en el trabajo necesario


para dilatar esta última. Se ha producido una sobre presión, o un golpe de

ariete positivo.

Por el contrario al abrir rápidamente una válvula se puede producir una

depresión, o un golpe de ariete negativo. Al cerrarse por completo

instantáneamente una válvula, se origina una onda de presión que se propaga

con una velocidad (C), la cual en el instante considerado tiene una dirección

contraria a la velocidad (V) del fluido, originando sobre presiones y depresiones

en la tubería, la cual se dilata o contrae al paso de la onda.

El flujo que se maneja es agua de pozo profundo, por lo que se supondrá que se

encuentra a una temperatura de 10ºC. El primer cálculo que haremos será el de

la velocidad de la onda de presión que se propaga dentro de la tubería,

desarrollada por el cierre instantáneo de una válvula al final de la tubería, con

ayuda de la siguiente fórmula:

-18-

Donde:

c = celeridad onda elástica del fluido en la tubería, (m/s).

EV = módulo de elasticidad de volumétrico del fluido, (2.03 E5 N/cm2).

ρ = densidad absoluta del agua, (1000 Kg/m3) (ref. 4).

D = diámetro de la tubería, (m).

E = módulo de elasticidad del material de la tubería; tomando como valor

medio

Del módulo de Young para el acero (2.5 E11 N/m2) (ref. 4).

t = espesor de la tubería, (m) (ref. 3).

EtDE

E

cV

V

+=

1

ρ


Sustituyendo valores en la ecuación tenemos lo siguiente:

La sobrepresión ejercida por el golpe de ariete, en un cierre instantáneo total

de la válvula al final de la tubería, se determina con la fórmula:

Δp = ρ c v -19-

Donde:

Δp = sobre presión ejercida por el golpe de ariete, (N/m2).

ρ = densidad del fluido, (kg/m3).

c = celeridad de la onda, (m/s).

v = velocidad del fluido, (m/s).

Sustituyendo valores:

Δp = 1000 kg/m3 (1,289.4 m/s) (2.1 m/s).

Δp = 2.7 E6 N/m2 (2.7 GPa)

Los valores obtenidos de (c) y (Δp) son resultado de un análisis teórico, puesto

que el rango de (Δp) permisible para redes de distribución de agua potable, de

acuerdo a la norma 013 de la CNA, nos dice que no debe ser mayor a 0.5 MPa.

( )( )mmNx

mmNx

mkgmNx

c

00927.0/105.2254.0/1003.21

/1000/1003.2

211

29

3

29

+

= smc /4.1289=


Si el proyecto es aceptado, será importante analizar las diferentes formas para

disminuir la presión en la tubería. De modo que tengamos una tubería con un

espesor que no aumente demasiado el costo por unidad de longitud pero que

también sea capaz de soportar la presión normal en sistemas de abastecimiento

de agua potable, de acuerdo a la norma mencionada anteriormente.

3.1.4.7 Potencia Hidráulica.

Para este inciso tomaremos algunos de los datos anteriores más el valor del

gasto máximo horario (QMh) el cual es de 97.12 lps. Este valor es el gasto que

se tendrá que proporcionar a los 20 años en que está proyectado el sistema.

Ahora bien para calcular la potencia hidráulica, en el SI se tiene la siguiente

fórmula:

NH = Q CDT γ -20-

Donde:

Q = gasto, en (m3/s).

CDT = carga dinámica total, en (mca).

γ = peso específico del fluido a 10 ºC, en (N/m3)

Sustituyendo valores, tenemos que:

NH = 0.09712 m3/s (138.33 mca) (9804 N/m3) = 131x103 J/s.

NH = 131 kW.


3.1.4.8 Selección de equipo.

En el catálogo de equipos de bombeo del grupo industrial GM S.A. de C.V.,

encontramos que la curva de comportamiento de la bomba modelo PF70-NW

14”, recomendada para pozo profundo, para distribución y suministro de agua

potable, es la que más se ajusta a nuestras necesidades. La curva de

comportamiento proporcionada por el grupo industrial GM, correspondiente a

este tipo de bomba la podemos encontrar en el inciso 7, de la sección de anexos

al final de este trabajo.

Pensando en que hay que encontrar un equipo comercial y que las condiciones

de operación y de abastecimiento en el pozo van a cambiar en los siguientes 20

años, que es el tiempo de proyección del sistema, el gasto lo manejaremos con

un valor de 100 lps o 0.1 m3/s, no es mucho el aumento, pero también hay que

tener en cuenta de que en la unidad habitacional habrá un ligero aumento de

población. Para tener completa la ficha técnica (tabla 15), del modelo de bomba

que seleccionamos, algunos de los datos los determinaremos nosotros de

acuerdo a los parámetros de nuestro sistema:

a) Para Seleccionar el número de pasos que tendrá nuestro equipo, hay que

dividir la CDT (pies) calculada, entre la carga (pies) correspondiente a la

curva, que vence cada paso o etapa, si el gasto es de 100 lps y la

eficiencia es del 84%.

Número de pasos -21-

b) Los pies/paso lógicamente es la CDT (pies) calculada, entre el número de

pasos obtenido anteriormente:

-22-

pasospasospiespies 538.4

1033.451

≈==

piespiesdepasosNoCDTpasospies 26.903.451.

/ =5

==


c) La eficiencia equipo es el producto de la eficiencia de la bomba (ref. 14) por la

eficiencia del motor.

d) La potencia de la bomba (potencia al freno) se determino en base a la

siguiente fórmula:

23-

Donde:

BHP = Potencia al freno, (HP).

Q = Gasto, (lps).

CDT = Carga dinámica total, (m).

76 = Constante de conversión a HP.

η = Eficiencia de la bomba, expresada en centésimas.

Tabla 15. Ficha técnica del equipo seleccionado.

( ) HPWmNmsmCDTQBHP 5.2168.16145084.0

/980433.138/01)( 33

====η

γ


Tabla 16. Ficha técnica (continuación).

3.1.5 Equipo de bombeo para la estación.

3.1.5.1 Carga dinámica total.

Para poder hacer un análisis correcto y aplicar las ecuaciones correspondientes

haremos una figura sencilla mostrando cómo es el sistema en la estación de

bombeo:

Para obtener la ecuación del sistema nos apoyaremos en la ecuación de

Bernoulli, la cual se muestra a continuación:

-24-

(Ref.3)

Donde:

(Pa / γ) = Carga de presión en el punto (a), (m).

(Va2 / 2g) = Carga de velocidad en el punto (a), (m).

Za = Carga potencial en el punto (a), (m).

Hfa-b = Pérdidas por fricción entre loas puntos (a y b), (m).

HB = Altura o carga de la bomba (CDT).

(Pb / γ) = Carga de presión en el punto (b), (m).

Zbg

VaPaHHfZag

VaPaBba +⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=+−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− 22

22

γγ


(Vb2 / 2g) = Carga de velocidad en el punto (b), (m).

Zb = Carga potencial en el punto (b), (m).

Consideraciones:

- Los puntos (a) y (b) se encuentran sobre la superficie libre del líquido y en

esos puntos la presión manométrica es igual a cero.

- La diferencia de velocidades entre los puntos (a) y (b) es prácticamente cero,

- La carga de altura en el punto (a) es igual a cero ya que está sobre el plano de

referencia o eje (x-x’).

Por lo tanto la ecuación del sistema queda de la siguiente manera:

HB = Zb + Hfa-b. -25-

El resultado de la HB lo obtendremos por longitudes equivalentes, y de manera

similar al inciso 3.1.4.3, y partiendo de los siguientes cálculos:

Para el tramo de succión:

a) Cálculo de la velocidad para el tramo de succión. De la ecuación (3) se tiene

que:

Q = V A; al despejar la velocidad se tiene:

b) Para obtener el factor de fricción (f) se utiliza la ecuación (6) y la rugosidad

( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡≈

− 02

22

gVaVb

( ) smmAQV /112.0

41524.0

0135.02

3

===π


relativa que es el cociente de la rugosidad absoluta entre el diámetro de la

tubería.

Los valores de (ε) y de (υ) los obtenemos de los (anexos 4 y 5), respectivamente:

Del diagrama de Moody (anexo 2), se tiene que: f= 0.022 c) Para calcular las pérdidas en el tramo de succión utilizaremos la ecuación de

Darcy-Weisbach, (14): la cual nos dice que:

Para el tramo de descarga:

a) Q = V A; despejando la velocidad:

b)

( )

54.049,13Re

10308.11524.0/112.0Re 6

=

== −xmsmVD

υ

1524.0

1524.000005.0

=

=

ε

εD

( )( ) 000276.0

/81.92/112.0

1524.03022.0

2 2

22

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

smsmm

gV

DLfHf

( ) smmAQV /416.0

42032.0

0135.02

3

===π

( )

3.626,64Re

10308.12032.0/416.0Re 6

=

== −xsmVD

υ

000246.0

2032.000005.0

=

=

ε

εD


Del diagrama de Moody (anexo 2), se tiene que: f = 0.0205 c) Para calcular las pérdidas en el tramo de descarga utilizaremos la ecuación

de Darcy-Weisbach, modificada para longitudes equivalentes (ecuación 15). Las

longitudes quivalentes las podemos obtener con la ayuda de tabla 24 del inciso

3.1.4.3, así las longitudes equivalentes de los accesorios a partir de la brida de

descarga de la bomba (ver figura 3) son:

Tabla 17. Sumatoria de longitudes, en el sistema de la estación de bombeo.

(*) Son tramos rectos, por lo tanto la longitud equivalente es la longitud del

tramo. Tentativamente, todos estos elementos serán de acero cédula 40.

Sumando las pérdidas del tramo de succión más las del tramo de descarga se

tienen las pérdidas totales:

Hfa-b = 0.000276 m + 0.03748 m = 0.037756 m

Entonces sustituyendo en la ecuación (28), se tiene que:

mHf

smsm

mm

gV

DLeLfHf

03748.0

)/81.9(2)/416.0(

2032.013.420205.0

2 2

22

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ Σ+Σ

=


HB = Za + Hfa-b = 28.35 m + 0.037756 m = 28.387 m

CDT = 28.38 m

3.1.5.2 Cálculo del golpe de ariete.

Anteriormente se había explicado, en que consistía el fenómeno del golpe de

ariete (inciso 3.1.4.6), en esta sección nos ocuparemos únicamente de los

cálculos. El primer cálculo que haremos será el de la velocidad de la onda de

presión que se propaga dentro de la tubería, desarrollada por el cierre

instantáneo de una válvula al final de la tubería, con ayuda de la siguiente

fórmula:

EtDE

E

cV

V

+

=

1

ρ

Donde:

c = celeridad onda elástica del fluido en la tubería, (m/s)

EV = módulo de elasticidad de volumétrico del fluido, (2.03 E5 N/cm2)

ρ = densidad del fluido, (Kg/m3)

D = diámetro de la tubería, (m)

E = módulo de elasticidad del material de la tubería; (2.5 E11 N/m2).

t = espesor de la tubería, (m) (ref. 4).

Sustituyendo valores en la ecuación, se tiene:

smc

mmNxmmNx

mkgmNx

c

/9.299,1

)00818.0(/105.2)2032.0(/1003.21

/1000/1003.2

211

29

3

29

=

+

=


La sobrepresión ejercida por el golpe de ariete, en un cierre instantáneo total

de la válvula al inicio de la descarga de la bomba es:

Δp = ρ c v

Donde:

Δp = sobre presión ejercida por el golpe de ariete, (N/m2).

ρ = densidad del fluido, (kg/m3).

c = celeridad de la onda, (m/s).

v = velocidad del fluido, en el tramo de descarga (m/s).

Sustituyendo:

Δp = 1000 kg/m3 (1,299.9 m/s) (0.416 m/s).

Δp = 540.758 E3 N/m2; (0.54 MPa).

Este valor es aceptable y entra dentro del rango de presión máxima permisible

para redes de distribución de agua potable, de acuerdo a la norma 013 de la

CNA (ref. 19), el cual nos dice que no debe ser mayor a 0.5 MPa (5 kg/cm2),

pero aún así, si el proyecto es aceptado, será importante analizar las diferentes

formas para disminuir la poca sobrepresión en la tubería.

3.1.6 Curva del sistema en la estación de bombeo (Q-H).

La curva del sistema en la sección de la estación de bombeo es la que sólo podrá

ser graficada, debido a que en ésta sección si se cuentan con los datos

necesarios en cuanto a las distancias y alturas precisas entre si, de los equipos

de bombeo, tanques de regulación y elevado.


Para determinar las ecuaciones que nos ayudarán a graficar la curva del sistema, partiremos

de la figura 8 y del mismo razonamiento que dio origen a la ecuación 25:

HB = Zb + Hfa-b.

Las pérdidas por rozamiento que hay entre los puntos (a-b), se dividen en

primarias y secundarias entre ambos puntos:

Hfa-b = hpa-b + hsa-b. -26-

A su vez las pérdidas primarias y secundarias pueden expresarse de la siguiente forma:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Σ+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=− g

Vkg

VDLtfHf Tba 22

22

-27-

Por lo tanto la ecuación 27, queda de la siguiente forma, que a su vez será la

ecuación 30, que nos ayudará a trazar la curva del sistema:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛Σ+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

gVk

gV

DLtfzH TbB 22

22

-28-

De la ecuación de continuidad obtendremos la ecuación 29, que quedará en

función del gasto, el cual tendrá el valor que utilizamos en el inciso 3.1.5.3 para

selecciona el equipo, el cual es de 15lps:

AVQ ⋅=


000246.0

682.351,155Re

=

=

D

V

ε

mm

D

xVxVD

2032.000005.0

10308.1254.0Re 6

=

== −

ε

υ

Despejando a la velocidad: AQV =

De la fórmula del área circular:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

4

2DQVπ

Resultando: 2

4DQV

π= -29-

Sustituyendo en la ecuación anterior, el diámetro de descarga del sub-sistema

de la estación de bombeo y resolviendo nos queda como ecuación 30:

V = 30.836 Q -30-

De la ecuación de Reynolds para flujo turbulento y con la rugosidad relativa,

utilizadas para obtener el factor de fricción (f) en el diagrama de Moody (anexo

2), se obtienen las ecuaciones 31 y 32, respectivamente:

-31-

-32-

Simplificando y dejando en términos de (Q) y de (f) a la ecuación 30, tendremos

que sustituir los datos que tenemos, con la condición de que la velocidad (V), se

sustituirá tal y como está en la ecuación 31, quedando de la siguiente manera:


⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

Σ+

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

gDQ

kg

DQ

DLtfzH TbB 2

4

2

4 2

22 ππ

Simplificando la ecuación anterior, nos queda de la siguiente forma:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡Σ+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

gDQk

gDQLfzH T

TbB 42

2

52

2 88ππ

Sustituyendo los datos que tenemos y dejando la ecuación en términos de (Q) y

de (f), tenemos que la tercera ecuación nos queda de la siguiente forma:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

)81.9)(254.0(80027.0

)81.9)(2032.0()13.42(853.28 42

2

52

2

ππQQfH B

Nota: El coeficiente (ΣKT), es la suma de los coeficientes de resistencia

parciales correspondientes a los accesorios de este sub-sistema, (anexo 3 y 6).

Por lo tanto simplificando la ecuación anterior:

HB = 28.35 + 10,048.336 f Q2 + 0.1308549 Q2.

Con esta última ecuación que es la forma reducida de (28), podremos graficar la

curva del sistema, dando diferentes valores para el gasto (Q). Los valores de

velocidad (V), los obtendremos con (30), los del número de Reynolds (Re) con

(31), la rugosidad relativa (ε/D) con (32), que a su vez con estas dos últimas y el


diagrama de Moddy se obtendrán los valores para el factor de rozamiento (f). Mostrándose los resultados en la siguiente tabla:

Q(m3/s) V (m/s) Re f H (m)

0.000 0.000 0.000 0.000 28.3500

0.006 0.185016 28,742.5468 0.0240845 28.3608

0.009 0.277524 43,113.8202 0.0220979 28.3726

0.012 0.370032 57,485.0935 0.0208842 28.3880

0.015 0.46254 71,856.3669 0.0200441 28.4081

0.018 0.555048 86,227.6403 0.0194189 28.4317

0.021 0.647556 100,598.9138 0.0189312 28.4590

0.023 0.09228 110,179.7627 0.0186601 28.4793

Tabla 19. Valores para graficarme la curva del sistema (Q-H).

A continuación se trazará la curva de comportamiento del sistema, en la

sección de la estación de bombeo:

Curva No. 2. Curva del Sistema


3.1.6.1 Curva de la bomba.

Para trazar la curva de la bomba y compararla con la del sistema emplearemos

la siguiente ecuación:

H BOMBA = A Q2 + B Q + C -33-

De la curva de comportamiento de la bomba (anexo 8), se tomarán los valores

de carga que correspondan a la intersección de, la línea vertical de los valores

de gasto elegidos al azar y de la curva de eficiencia. Los valores tomados se

muestran sustituidos en la ecuación 35:

10.9 = A (0.006)2 + B (0.006) + C

9.14 = A (0.015)2 + B (0.015) + C

4.41 = A (0.023)2 + B (0.023) + C

Estos tres valores forman un sistema de ecuaciones que al resolverlo los valores

de los coeficientes, tienen los siguientes valores:

A = -23,277.7; B = 293.41; C = 9.978

Por lo tanto la ecuación 35 que representará la gráfica de la bomba, es la

siguiente:

HBOMBA = -23,277.7Q2 + 293.41Q + 9.978 -34-

En la siguiente tabla se muestran los valores obtenidos de gasto y carga,

obtenidos de la ecuación 36, para los cuatro pasos con que contara el equipo de

bombeo:


Q (m3/s) H (m)

0 34.93

o.oo6 33.79

o.oo9 33.26

o.o12 31.43

0.015 28.33

0.018 23.9

0.021 18.19

0.023 13.67

Tabla 20. Valores para graficar la curva de l bomba.

A continuación se trazará la curva de comportamiento de la bomba, en la

sección de la estación de bombeo:

Curva No. 3. Curva de la bomba


3.1.6.2 Curva del sistema contra curva de la bomba.

Una vez graficadas la curva del sistema y de la bomba podemos compararlas y

verificar que los cálculos hechos anteriormente fueron correctos:

Q (m3/s) H (m), del

sistema

H (m), del

sistema

0 28.3500 34.9000

o.oo6 28.3608 33.7900

o.oo9 28.3726 33.2600

o.o12 28.3880 31.4300

0.015 28.4081 28.3300

0.018 28.4317 23.9000

0.021 28.4590 18.1900

0.023 28.4793 13.6700 Tabla 21. Datos para Graficar ambas curvas.

Curva No. 4. Curva de la bomba contra curva del sistema.


En el punto en que se interceptan ambas curvas se tiene como gasto, Q= 15lps

y carga, H= 28.36m, aproximadamente. En este punto la eficiencia de la bomba

es del 82%.

3.1.7 Desinfección.

El objetivo básico de un sistema de agua potable, es poder ser aplicado para la

satisfacción de las necesidades y actividades domésticas, comerciales e

industriales del hombre. Esto implica que el abastecimiento a las comunidades

cumpla con un mínimo de normas, para tener la calidad necesaria en cuanto a

olor, sabor y color del agua.

La desinfección de una red o de un elemento de red de distribución de agua

potable tiene por objeto principal eliminar las condiciones bacteriológicas del

agua entre el punto de captación, que en nuestro caso es un pozo y el de

consumo que son los departamentos que integran la colonia en cuestión.

A este respecto seguiremos lo indicado en los incisos 5, 6 y 7 de la NOM-230-

SSA1-2002 (ref. 18). Para poder asegurar que el agua cumple con cierta calidad

y eliminar microbios o virus dañinos al cuerpo humano, nuestro sistema de

bombeo debe contar con algún método de desinfección, que asegure las buenas

condiciones del agua, para su consumo. Al darle calidad sanitaria al agua se

previenen enfermedades transmitidas por ella como la tifoidea, salmonelosis,

disenterías, gastritis, enteritis, etc.; además de que se fomentan hábitos

higiénicos que también contribuyen a la disminución de otras enfermedades.

En nuestro caso haremos del Cloro (Cl2), el elemento de desinfección del agua

que abastecerá a nuestra estación de bombeo, debido a su gran eficacia, incluso


en dosis extremadamente pequeñas y a su facilidad de empleo, es el reactivo

mas utilizado para la esterilización del agua.

3.2 PROPUESTA DE SELECCIÓN DE EQUIPO

Se ha determinado el valor de las variables que nos marcan las características

de diseño de nuestro “Sistema de bombeo”, en base a estos resultados

seleccionaremos equipos de bombeo, los materiales y el método de construcción

más económico pero que a su vez, cumpla con los requerimientos mínimos de

diseño, con el objeto de que nuestro proyecto demuestre ser rentable.

3.2.1 Datos de proyecto.

Hemos llegado casi al final del planteamiento del proyecto y de las variables

que le dan forma. A manera de resumen y para contar con un espacio en el cual

se puedan localizar todos los datos de este proyecto, a continuación se

mencionarán en la siguiente lista:

3.2.2 Equipos de Bombeo.

Equipo de bombeo para el pozo.

Para este punto es necesario entra al catalogo de equipos de bombeo de nuestro

proveedor, de esta manera se compara diferentes ofertas, que él tiene en su

catalogo.

Considerando, los parámetros carga-gasto, entramos en la curva y así

podemos comparar y seleccionar el equipo adecuado. A continuación se

representa en la curva del proveedor nuestros parámetros correspondientes

dándonos lo siguientes:


Curva No. 5. Curva de la bomba


Con la carga (pies) y el gasto en (GPM), fue como ingresamos a la cuerva, así se

pudo comprobar q la selección del equipo fue la adecuado obteniendo una

eficiencia, satisfactoria para nuestro proyecto.

De esta forma obtenemos q el equipo de bombeo a seleccionar es el siguiente:

modelo PF70-NW 14” del grupo industrial GM S.A. de C.V., recomendada para

pozo profundo, para distribución y suministro de agua potable, el cual es el que

mas se ajustan a nuestras necesidades.

3.2.3 Proceso de construcción.

En este punto se hará la descripción en general, de la construcción del “Sistema

de Bombeo”, partir del pozo Nº 1 del ramal “Carretera el quintero-Chapa de

Mota” hasta la estación de bombeo de la Colonia Centro Barrio Primero,

teniendo que:

1. Colocación de la bomba vertical tipo turbina para pozo profundo marca

GM, modelo GM PF-70NW 14”, para un gasto de 100 lps con una CDT de

137.5 mca. Incluye materiales, herramientas, acarreos y mano de obra

para su correcta ejecución.

2. Construcción del tren derivador. Material, fierro fundido. Ver figura 5b.

• Corte en la línea de descarga.

• Unión de la pieza especial de división (“T”).

• Construcción del atraque.

• Colocación de las piezas especiales de fierro fundido (fo.fo.) bridadas y

con un diámetro de 8 plg.


3. Construcción de zanja para tubería de 0.203m (8 plg) con un ancho Bd=

0.75m, por una altura H= 1.15m para la presupuesta (ref. 16), se tendrán que

manejar los siguientes conceptos:

• Material tipo A: tierra, (tipo seco).

• Material tipo B: roca suelta “boleos”, (tipo seco).

• Material tipo C: roca fija, (tipo seco).

3.2.4 Aplicación del Proyecto.

En este inciso veremos lo relacionado a la aplicación del proyecto, es decir en

que medida se podrá llevar acabo. Este inciso tal vez hubiera quedado al inicio

de esta tesis, pero las consideraciones que tomaremos en cuenta no las

sabíamos antes.

El costo total del proyecto, es uno de los parámetros importantes que decidirá si

se aplicará o no el proyecto, pero existen otros, como lo es el hecho de que la

fuente de abastecimiento por encontrarse en una zona federal, es operado por

la Comisión Nacional del Agua como se menciono en el inciso 1.2, propuestas de

solución, al municipio de San Felipe Coamango se le cedieron 20 títulos para la

perforación y equipamiento de pozos, por eso se buscó el apoyo de algún otro

pozo.

También como ya se dijo, se cuenta con un problema de escasez de agua

potable, que por varias causas ha crecido considerablemente. Es por eso que en

esta tesis se hace mención a una posible solución.

Que si bien llegando a acuerdos entre los municipios involucrados y

beneficiándose entre si mismos, este alterno “Sistema de Bombeo”, no tendría

ningún impedimento para poder llevarse a cabo.


CAPITULO IV

ANALISIS ECONOMICO

La finalidad de este capítulo es, determinar los gastos y costos de nuestro

proyecto, tomando en cuenta todos los factores, elementos y accesorios del

sistema de bombeo en planteamiento. Considerando al final una cantidad con

la cual podamos convencer a S.A.P.A.SA.C., para q pueda evaluar y sobre todo

apoyar la aplicación de este proyecto. También se hará mención de las

distintas formas de cómo y quiénes pagarían esta alternativa de solución.

Se determinara de un modo sencillo el costo del proyecto, así también se

mencionaran las actividades a desarrollar o bien conceptos de ejecución en

orden de construcción, todo está basándonos en la forma de cotización de

S.A.P.A.SA.C., en lo que este tipo de obra requiera. Todas las actividades o

conceptos q se realicen se vaciarán en una hoja de datos de control, las cuales

contienen los datos necesarios que se desean conocer como: clave del proyecto,

actividad, unidad de medida, cantidad del concepto, precio unitario y el

importe.

Con la cotización que se realice en los importes por conceptos a desarrollar

considera: mano de obra, herramientas utilizadas, energía eléctrica, etc. El

orden de construcción, elementos y materiales pueden cambiar o verse

alterados todo esto con el objeto de reducir costos, debido que es necesario que

S.A.P.A.SA.C., estudie y evalúe el proyecto para su posible aplicación. Para el

manejo de estos conceptos se utilizaran hojas de control.


Las hojas nos servirán para vaciar la cantidad necesaria de datos para tener un

costo total del proyecto completo. Como se hizo mención anteriormente los

materiales de tubería y accesorios pueden cambiar a modo de reducir costo

total del proyecto, lo que si no cambiara serán las dimensiones de los elementos

de nuestro nuevo “SISTEMA DE BOMBEO”. Una vez hecho todos los análisis,

veremos los aspectos importantes que de igual forma son decisivos para la

aplicación y puesta en marcha de nuestro proyecto en mente.

Cla

ve

Concepto Uni

dad

Cantidad Precio

Unitario

Importe

001 Equipo de bombeo centrífugo

vertical tipo turbina, lubricado

por agua, para pozo profundo

Pza

.

1 130,000.

00

130,000.00

002 Limpieza, trazo y nivelación

topográfica del terreno, incluye

todo lo necesario para su correcta

ejecución.

m 2

0.8X2000

1,600.00

4.0 6,400.00

003 Excavación para las zanjas de 0 a

2.00 m de profundidad m 3 0.8X1.15

X2000

1,840

16.00 29,440.00

004 Limpieza, trazo y nivelación

topografía de la zanja,

estableciendo ejes de referencia.

m 2

0.8X2000

1,600.00

6.0 9,600.00

005 Plantilla apasionada en zanjas

con material de banco tezontle

puesto en obra.

m 3 0.1X0.8X

2000

160

100.0 16,000.00

005 Suministro e instalación de

tubería de asbesto. incluyendo

mL. 2000 220.00 440,000.00

006 Relleno de la zanja con materiales m 2 0.3x0.8x2 6.50 3,120.00


“A” producto de la excavación. 000

480.00

007 Relleno de la zanja con materiales

de banco m 2 0.54x0.8x

2000

864.00

6.50 5,616.00

008 Suministro del equipo de bombeo

centrifuga vertical tipo turbina

completo lubricado por agua, para

pozo profundo marca BIMSA.

Modelo

Pza

.

1 32,119.0

0

32,119.00

Tabla 22. Presupuesto de Obra

El costo total del Sistema de Bombeo para la zona centro de la comunidad de

San Felipe Coamango, Chapa de Mota, Estado de México.

SUMA $672,295.00

IVA $100,844.25

TOTAL $773,139.25

Considerando este costo total afectado por variaciones en los costos parciales de

mano de obra o de los materiales, equipo de bombeo, accesorios e inflación.

4.1 Financiamiento del proyecto.

4.1.1 Pago del sistema de bombeo.

Al principio se tenía pensado hacer la distribución equitativa de contribuyentes

que se haría por parte de todas las partes involucradas para la realización de


este proyecto. Para la determinar quiénes y en qué cantidad aportarían para la

realización del sistema de bombeo, considerando que se solicitara apoyo a la

CNA, con las siguientes condiciones

El uso del agua potable en este sistema de bombeo, es razonable y

justificable, si tomamos en cuanta el hecho de que el hombre tiene la

necesidad de abastecerse, dentro de un marco legal y normativo del

preciado recurso.

En los tres niveles de gobierno se tendrá un mayor registro y control, al

tener detectados los puntos de consumo, es decir se normalizara a las

conexiones irregulares y podría asegurarse el abastecimiento a

consumidores de nuevo ingreso.

Ahora bien si el costo total del proyecto es de $773,139.25 MN. , la

distribución de ésta inversión que busca el pronto beneficio de la zona

centro de esta comunidad, se puede considerar de la siguiente manera:

Contribuyente Colonia Importe

Comisión Nacional de

Agua

Comunidad de San

Felipe C.

$ 400,000.00

Municipio de Chapa de

Mota

Zona centro (barrio

primero)

$ 375,000.00

TOTAL: $ 775,000.00

Es por eso que, para ahorrar la solicitud de contribuciones a autoridades

y poder pagar el “Sistema de Bombeo”, se hablará de que existe un

programa de nominado “PRODDER” (Programa de Devolución de

Derechos), este coordinado por la CNA y a la cual la SAPASAC, está


afiliada. El programa consiste en la devolución de un pago de los

derechos que el órgano operador de agua potable de la comunidad

sostiene con la Comisión Nacional del Agua. Los requisitos para poder

inscribirse a este programa son los siguientes:

No presentar adeudos por concepto de pago de derechos (título de

propiedad de pozos y extracción de agua) en el ejercicio fiscal

correspondiente.

Solicitar por escrito a la CNA, la asignación de los recursos hasta

por un monto equivalente a los derechos cubiertos durante el

presente ejercicio.

Suscribir el anexo de ejecución correspondiente y entregar el

programa de acciones, dictaminado por la CNA a nivel estatal o

regional, en la gerencia de la CNA de su entidad.

Las empresas públicas o privadas prestadoras de los servicios

deberían aportar recursos por un total, al menos igual a la parte

federal comprometida.

Podemos decir si el órgano prestador de los servicios se mantiene al corriente

en el pago de derechos, esa cantidad es devuelta por la CNA, bajo la consigna

que esa cantidad devuelta sea intervenida en obras publicas del sector agua.

Con estas condiciones que se plantea el PRODDER, nuestro Sistema de

Bombeo puede ser incluido y costeado por la CNA y por SAPASAC, bajo el

siguiente concepto Infraestructura de Agua Potable, el cual cubre obras de

captación, líneas de conducción, cloradores, tanques de regularización y

almacenamiento, así como redes de distribución.

Para esta alternativa de costear el proyecto, la recuperación total de la

inversión, basándonos en la distribución de contribuciones de los elementos


involucrados y beneficiados mencionados con anterioridad, tendríamos

aproximadamente 5 años, lo que representara 1/3 parte del tiempo de vida útil

de nuestro proyecto. Si nos ponemos analizarlo des de el punto de visto de os

impuestos, el municipio quedara satisfecho y los beneficiarios, pues contaremos

con más tiempo del servicio de agua potable.

4.1.2 Pago del Mantenimiento del Sistema de Bombeo.

Para el sistema de bombeo las acciones de mantenimiento, se pueden manejar

en forma de un programa, el cual incluye acciones preventivas, correctivas y

predictivas, las cuales se deben aplicar periódicamente en tuberías, equipo de

bombeo, pozo, etc. Aunque sea un sistema de abastecimiento pequeño, el

programa de mantenimiento es necesario para

La conservación de la eficiencia del sistema de bombeo.

Evitar al máximo las fallas en las instalaciones.

Determinar los tipos, cantidad de material y piezas de repuesto que se

deban almacenar para hacer las reparaciones.

Analizar el funcionamiento de las diferentes partes del sistema de

distribución para que sirva de guía a futuras instalaciones.

Tener una reducción en los costos de mantenimiento.

Para q se facilite el pago de cambio o reposición de los componentes del Sistema

de Bombeo que hayan cumplido con su objetivo, el programa de mantenimiento

que se formule para corregir los problemas que se vayan presentando durante

el periodo de diseño del proyecto, puede incluirse en el programa anual de de

obras publicas presentado ante la CNA, bajo las disposiciones del PRODDER y

obtener el apoyo económico.


4.2.3 Pago del agua.

En este aspecto es también importante, debido a que hay que definir por una

parte hay que cubrir el costo del proyecto, pero considerando que la cuestión del

pago del agua es totalmente diferente. Si bien cada, habitante paga los

derechos del agua ante el órgano operador correspondiente y que a su vez, este

lo hace con el órgano estatal, hasta llegar a un nivel federal. En relación a

nuestro proyecto y considerando este mismo orden, es que el agua suministrada

a la zona involucrada en el proyecto, se haga de la misma forma, teniendo en

cuenta que se puede incrementar un poco el costo de la misma, pero eso si

exigiremos a las autoridades correspondientes a que lo manejen proporcional a

las posibilidades del consumidor en función a la zona o barrio en cuestión.

Considerando que si por algún motivo o circunstancia el “sistema de Bombeo”

no se pueda incluir en el plan de obras públicas que establece el “PRODDER”,

se podría incluir el pago del proyecto, como medida de amortización. Esto por si

la gente como es lógico no pudiese o bien no quisiera contribuir con el mismo.

Por ello es importante, crear y promover un programa que haga ver a la zona

centro y todos sus habitantes involucrados, el beneficio que traería consigo la

aplicación de este proyecto, y más aun la disminución de todas esas

dificultades que se tenían antes y darles a saber todo los oportunidades de

crecimiento no solo para la zona centro de la comunidad, sino para esta en

particular.


CONCLUSIONES

Con la elaboración del presente trabajo se encontraron un sinfín de detalles y

pequeños obstáculos que se fueron concluyendo con el paso de la elaboración del

mismo.

Podemos decir que el proponer soluciones es sencillo, pero el encontrara alguna

que resuelva los problemas referentes al abastecimiento del agua potable, casi

nunca es así, en este caso pueden influir mas allá que aspectos económicos,

también políticos, depende muchas de las ocasiones de los frentes políticos en el

municipio, o estado. O bien la situación puede ser otra, pero cualquiera que se

la diferencia, entre políticos, los gobernantes deben ver más allá y atender, las

necesidades prioritarias de la comunidad en particular la mencionada en este

trabajo.

Para este proyecto, el principal órgano operador de las aguas nacionales, la

Comisión Nacional del Agua, debe considerar que ya no hay que tener

preferencias y por si fuera poco que cada día el escasez de agua en nuestro país

está siendo uno de los riegos más fuertes, es de suma importancia atender y

estudiar las propuestas, tomar medidas y sobre todo apoyar a los proyectos

para todos los estados, municipios y comunidades para que estas cuenten con el

abastecimiento de agua potable y todo esto no solo para cubrir las actividades

diarias, si no sobre todo para que el ser humana cubra las necesidades

primordiales.

A pesar que el proyecto requiere la descripción de la obra eléctrica, respecto a

este punto, cabe resaltar que el proyecto solo menciona la selección de un motor

para el equipo de bombeo. Pero también se debe calcular, seleccionar y cotizar


el transformador, subestación eléctrica, arrancadores, protecciones, etc. Para

pozo y estación de bombeo.

En el desarrollo del presente trabajo pueden verse que la propuesta, la

memoria de cálculo, el proceso de construcción y el análisis económico son lo

mas claros posibles para estudiar y aplicarse. Es importante señalar que a se

busca es la aplicación de esta alternativa, ya que como se menciono en los

objetivos, lo que se busca es demostrarle la órgano operador de agua del

municipio de Chapa de Mota, que existen una manera sencilla y económica de

resolver el problema de falta de agua en la comunidad de San Felipe

Coamango.

La finalidad de este proyecto es tratar de hacer una reflexión sobre los costos y

que nos traería tener una red u nueva de abastecimiento de agua potable para

la comunidad, así mismo también poner a las autoridades correspondientes

sobre los beneficios que se tendrá con la visión y aplicación de nuestro proyecto.

Todo esto considerando las ventajas y desventajas que se analizan en este

proyecto.

Con lo anterior y basándonos en la experiencia obtenida en la realización de

este proyecto , se puede mencionar que un ingeniero tiene que conocer y

aprender a valerse de diversas herramientas administrativas para poder tener

un mejor beneficio de los conocimientos técnicos adquiridos durante su

formación y así poder ser un profesionista más completo, con la proyección

académica y laboral abierta a posibilidades y conocimientos de diversas áreas

en relación con la ingeniería, logrando tener las bases adecuadas para poder

enfrentar y solucionar los problemas que se le presenten en su futuro

profesional viendo todas las perspectivas del mismo y no enfocándose en lo

técnico solamente.


“Para ser exitoso en esta profesión hay que ver los problemas desde todas las perspectivas posibles y no de forma particular, para así obtener la mejor solución”


Glosario

Agua.- Liquido incoloro, inodoro e insípido compuesto por hidrogeno y oxigeno.

Elemental para las necesidades básicas y actividades importantes del ser

humano.

Acuífero. Formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas

subterráneas que puedan ser extraídas para su explotación.

Agua para uso y consumo humano.- agua que no contiene contaminantes

objetables, ya sea químicos o agentes infecciosos y que no causa efectos nocivos

para la salud. También denominada como agua potable.

CAEM.- Comisión de agua del Estado de México.

CNA.- Comisión Nacional del Agua.

Caudal.- Es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de

una sección transversal a la corriente.

Carga.- La presión que ejerce una columna vertical de un liquido en cualquier

punto, debido a su peso.

Cavitación.- Fenómeno físico que se presenta en los fluidos, cuando estos

alcanzan la presión de vapor en algún punto del elemento que conduzca dicho

fluido. Cuando un fluido alcanza una presión inferior a la presión de saturación

de vapor, este se evapora y se origina “cavidades” de vapor. Estas cavidades o

burbujas arrastradas por la corriente llegan a la zona de presión muy elevada y

allí se produce una condensación violenta del vapor, provocando que haya un

impacto en el contorno interno del conducto.


Coeficiente de Fricción.- Parámetro de diseño hidráulico que permite

determinar las pérdidas de energía en un acueducto.

Consumo de agua.- Volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades de

los usuarios, habiendo diferentes consumos; domésticos, no domésticos

(comercial e industrial) y publico.

Demanda.- Volumen total de Agua requerido por una población para satisfacer

todos los tipos de consumo, incluyendo las pérdidas en el sistema.

Densidad de un Fluido (ρ).- Se define como su masa por unidad de volumen.

Densidad Relativa.- Es la comparación de la densidad de cualquier sustancia

contra la

Densidad de otra que sirve como referencia, ambas con determinadas

características.

Descarga.- La acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales

a un

cuerpo receptor.

Desinfección.- Destrucción de organismos patógenos por medio de la aplicación

de

productos químicos o procesos físicos.


Dotación.- Cantidad de Agua asignada a cada habitante para satisfacer sus

necesidades personales en un día media anual. Es el cociente de la demanda

entre la población de proyecto). Consumo diario promedio per cápita.

Elemento.- Cualquier componente de la red que debe satisfacer los

requerimientos de la NOM-013-CNA-2000. Generalmente son tubos, piezas

especiales y válvulas.

Equipo de Bombeo.- Consiste en dos elementos: una bomba y su accionador el

cual

puede ser un motor eléctrico, un motor de combustión interna, etc. El

accionador

entrega energía mecánica y la bomba convierte la energía cinética que un fluido

adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad.

Estación de Bombeo.- Sitios en donde se instalan equipos mecánicos para

elevar el agua de un lugar bajo a otro elevado.

Estanquidad.- Característica de una red de distribución de no permitir el paso

del agua a través de las paredes de los tubos, piezas especiales y válvulas.

Evaporación.- Separación del agua de los sólidos disueltos, utilizando calor

como agente de separación, condensando finalmente el agua para su

aprovechamiento.

Filtración.- Remoción de partículas suspendidas en el agua, haciéndola fluir a

través de un medio filtrante de porosidad adecuada.

Fluido.- Es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a

un esfuerzo cortante, sin importar cuan pequeño sea este esfuerzo.


Fo.Fo.- Abreviación en ingles de fierro fundido.

Fuente de Abastecimiento.- Sitio del cual se toma el agua para suministro al

sistema de Distribución.

Fuga.- Escape del agua por la pared de la tubería, sus dispositivos de unión y

accesorios. Se considera fuga a partir de un escurrimiento (las zonas húmedas de la

pared no se consideran fugas.

Gasto.- Volumen de agua medido en una unidad de tiempo, generalmente se expresa

en litros por segundo.

Golpe de Ariete.- Es un fenómeno de sobre presión que se produce en los conductos al

cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o parar una máquina hidráulica, o

también al disminuir bruscamente el caudal.

Hermeticidad.- Característica de una red de distribución de no permitir el paso del

agua al exterior a través de las uniones de sus elementos.

Hidráulica.- Rama de la física que trata lo relacionado a los fluidos y sus movimientos.

Línea de Conducción.- Elemento que sirve para transportar el agua desde la fuente de

captación hasta el tanque regulador, de manera continúa (generalmente tubos) y que

puede trabajar a presión en el caso de tuberías o a superficie libre, en caso de canales y

tuberías.

Organismo operador.- Entidad encargada y responsable del suministro de agua

potable en cantidad y calidad adecuada.

Nivel Dinámico.- Nivel del agua cuando se está bombeando.


Nivel Estático.- Nivel del agua antes de iniciar el bombeo.

Pérdida Física.- Volumen de agua que entra al sistema de distribución de Agua, que no

es consumido.

Peso Específico (γ).- Es su peso por unidad de volumen (γ= ρ/g).

Período de Diseño.- Lapso para el cual se diseña el sistema. Es el período en que se

estima que la obra o elemento del proyecto alcanza su máxima eficiencia.

Piezas especiales.- son todos aquellos accesorios que se emplean para llevar a cabo

ramificaciones intersecciones, cambios de dirección, modificaciones de diámetro, unión

de tuberías de diferente material o diámetro, entre otros.

Planta de Potabilización.- Sitio en el cual se eliminan del agua los elementos nocivos

para la salud humana.

Población de Proyecto.- Número de habitantes de una, localidad al final del período de

diseño.

Pozo.- Obra de ingeniería, en la que se utilizan maquinarias y herramientas mecánicas

para su construcción, para permitir extraer agua del subsuelo.

Red de distribución de agua potable (Red).- Conjunto de tuberías, piezas especiales y

válvulas que distribuyen el agua generalmente desde el tanque de regulación hasta la

toma domiciliaria.

Sistema de Bombeo.- Acción o serie de acciones que nos permita conducir un fluido de

un nivel inferior a uno superior.

Topografía.- Disposición, relieve de un terreno.

Tubería.- Conjunto formado por los tubos y su sistema de unión o ensamble.


Válvulas.- Accesorios que se utilizan en las redes de distribución para controlar el

flujo.

Vida Útil.- Es el lapso en el cual se estima que la obra o elemento del proyecto

funciona adecuadamente.

Viscosidad (μ).- Es aquella propiedad de un fluido en virtud de la cual ofrece

resistencia al corte.

Viscosidad Cinemática (υ).- La razón de la viscosidad a densidad de masa; (υ=μ /ρ).

Volumen Específico (v).- Es el recíproco de la densidad; (1/ρ).


ANEXOS

1. Nomograma.- Velocidad de Líquido en tuberías.


2. Diagrama.- Diagrama de Moody.

Tomada de la bibliografía 5.


3. Gráfica.- Curva de comportamiento de la bomba



4. Tabla. Coeficientes de Resistencia k.


5. Tabla. Coeficiente de Rugosidad Absoluta (є) para tuberías comerciales. Tomada de la bibliografía 3.


6. Tabla. Propiedades del Agua.



Bibliografía

1. DATOS BASICOS. Libro IV versión 4.0. Gerencia de Ingeniería Básica

y Normas Técnicas. Comisión Nacional del Agua, México D.F., Julio

2003

2. VIEJO Z. M. Bombas, Teoría, Diseño y Aplicación. Limusa, México,

1997.

3. MATAIX C. Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas. Haarper y

Row Publishes Inc; USA, 1982.

4. HYDRULIC INSTITUTE. Hydraulic Institute Standards For Centrifugal. Rotary y Receprocating Pumps. 13 ra. Edición: USA. 1975

5. CRANE, División de Ingeniería. Flujo de fluidos en válvulas, accesorios

y tuberías. Mc Graw Hill. México, agosto 1988.

6. Página de internet del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e

Informática. www.inegi.gob.mx.

7. Página de internet de la Comisión Nacional del Agua. www.cna.gob.mx.

8. Página de internet del Gobierno del Estado de México.

www.edomex.gob.mx.

9. GM, Grupo Industrial. Instructivo para operación, instalación y

mantenimiento de bombas. Segunda edición, México, 2004. Carr. Lago

de Guadalupe No. 95, Sn. Mateo Tecoloapan, Atizapan de Zaragoza,

Estado de México.


10. COMISION NACIONAL DEL AGUA. Redes de distribución de agua potable. Especificaciones de hermeticidad y métodos de prueba. NOM-

013-CNA-2000. Enero 2002, México, D.F.

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