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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVARDECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
REINGENIERÍA DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO “CALVARIO ELHATILLO” Y SU RED DE DISTRIBUCIÓN
Por:
BERNARDO ANDRÉS RODRÍGUEZ URRUTIA
INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Mecánico.
Sartenejas, Febrero de 2010.
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
REINGENIERÍA DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO “CALVARIO ELHATILLO” Y SU RED DE DISTRIBUCIÓN
Por:BERNARDO ANDRÉS RODRÍGUEZ URRUTIA
Realizado con la asesoría de:Tutor Académico: Ing. Víctor Barreto.
Tutor Industrial: Ing. Freddy Valderrama
INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título deIngeniero Mecánico.
Sartenejas, Febrero de 2010.
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RESUMEN
La Estación de Bombeo “Calvario El Hatillo” fue construida hace más de treinta (30) años
para atender una red de distribución con determinada demanda mucho menor a la existente, la
cual ha crecido fuera de planificación debido al fuerte crecimiento espacial y poblacional del
Barrio El Calvario durante los últimos años, generando un importante crecimiento espacial
anárquico que concluye en un desorden urbanístico, y que lleva consigo un desarrollo no
planificado de redes de tuberías de diversos materiales, diámetros, alineamientos y empalmes,
ejecutados la mayoría de ellos por los propios usuarios, para concluir en un muy deficiente
sistema de distribución
Para HIDROCAPITAL es de suma importancia prestar el servicio de agua potable de la
manera mas eficiente y satisfactoria posible, razón por la cual surge el proyecto de “Reingeniería
de la Estación de Bombeo Calvario El Hatillo y su red de distribución”.
Este proyecto consiste en rediseñar dicha estación y los diferentes componentes del
sistema a ella asociados para poder servir eficientemente a toda el área de influencia y alcanzar lameta planteada por HIDROCAPITAL.
En este trabajo, se presentan dos propuestas de mejoras, complementarias entre si, las
cuales abarcan modificaciones a la red de distribución y de sus componentes, y modificaciones a
las bombas que existentes en dicha estación.
Gracias a este proyecto, HIDROCAPITAL puede tomar decisiones para mejorar la calidad de
vida de los habitantes de la zona en estudio tomando como punto de partida los análisis, las
propuestas, y recomendaciones hechas en el mismo.
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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS
Principalmente, quiero agradecer a mi mama, quien ha dedicado su vida para que nunca
me falte nada, me ha dado todo lo que un hijo puede pedir de una madre y mas, nunca me ha
fallado, y siempre ha estado a mi lado dándome su apoyo incondicional sin importar si lo
merezco o no. No me alcanzara la vida entera para agradecerte mama. Gracias!.
Gracias Juan, por ser un modelo a seguir para mí, y por siempre velar por que a la familia
nunca le falte nada. Estaré más que feliz si algún día llego a ser por lo menos la mitad de hombre
que eres tú.
Mari, mi hermana, se que cuento contigo para lo que sea, y tu sabes que yo estaré para
aquí para ti siempre. Gracias por ayudarme en las pequeñas cosas, que son las que a la final
cuentan.
Papa, siempre has estado a mi lado, pero a tu manera tan particular. Gracias por apoyarme
siempre y estar pendiente de mi y de mis estudios.
A mi primo Wences, quien más que un primo, es mi hermano. Te agradezco enormemente por haberme apoyado y guiado en mis primeros pasos en la universidad. Se que toda la vida
estarás a mi lado, para ayudarme a enfrentar cualquier problema que se me presente, asi como has
estado siempre.
Daniela, mi gran amiga, también te agradezco por ayudarme a lo largo de la carrera en la
universidad, y por brindarme una amistad tan pura.
A todos mis amigos, Gustavo, Victor, Mauro, Giova, Oscar y Numa, con los que viví
tantas cosas durante mi infancia y mi carrera universitaria. Se que puedo contar con ustedes paralo que sea, y ustedes conmigo, en las buenas y en las malas.
A mi novia Diana, quien me ha acompañado estos últimos años y vivido conmigo tantas
alegrías, tristezas y momentos importantes de mi vida. Te debo demasiado mi bruja, contigo
aprendí a ver la vida desde otra perspectiva. Tú me enseñaste a escuchar a mi corazón y a seguir
mis impulsos. Gracias por ser mi luz al final del camino y mi esperanza de tener una vida feliz.
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Quiero agradecer de manera especial a la Ing. María Antonia Larez, de la empresa GLG,
por su apoyo y orientación desinteresada y quien, a todo lo largo de la pasantía, estuvo pendiente
tanto de los avances del estudio, como de la superación de las fallas de información y quien me
apoyó en la toma de decisiones en la fase final del estudio.
De igual manera deseo manifestar mi agradecimiento al Ing. Carlos Griffin, por habermefacilitado el apoyo logístico de sus equipos de computación y la utilización del software
WATERCAD de su propiedad y por las horas que me dedicó en la discusión de los resultado,
luego de las corridas con dicho programa.
La interacción con profesionales de la talla de la Ing. Larez, la Ing. Rosángela de Ruvo, el
Ing. Franklin Gallardo y del Ing. Carlos Griffin y de sus colegas ingenieros hidráulicos permitió
enriquecer mis conocimientos en dicha área, así como la compresión y visualización de la vasta
gama de posibilidades de solución que puede dársele a un problema de servicios, aún bajo lasconsideraciones de las limitaciones existentes en un área urbana ya ocupada.
Reconozco y agradezco también el apoyo de la comunidad organizada del Barrio El
Calvario y la de los funcionarios municipales quienes prestaron apoyo y facilitaron información
sin la cual no hubiera sido posible alcanzar los objetivos del trabajo.
Bernardo Andrés Rodríguez Urrutia
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ÍNDICE GENERALINTRODUCCIÓN ……………………………………………………………..………….……1
Antecedentes …………………………………………………………………………...…………2
Justificación del Trabajo ……………………………………………………………………...…...3
Planteamiento del Problema ……………………………………………………………...……...4
Objetivo General ……………………………………………………………..………….……5
Objetivos Específicos………………………………………..………………………….…………5
CAPÍTULO 1 MARCO EMPRESARIAL ………………………………..………………..7
1.1. Reseña Histórica …………………………………………………………………..………….7
1.2. Misión y Visión Empresarial ………………………………………………….……….........9
1.3. Organización Empresarial ….………………………………………………….….…………9
1.4. Infraestructura …………………………………………………………….………..……..14
1.4.1. Embalses……………..…………………………………………………………...………..15
1.4.2. Plantas de Tratamiento …………………………….……………………………….……..15
1.4.3. Estaciones de Bombeo …………………………….……………………………….…….15
1.4.4. Estanques de Almacenamiento …………………………….…...…………………....….15
1.4.5. Tuberías de distribución ………………………….….…………………………………..161.5. Red del Sistema de Abastecimiento del Sector Sureste de Caracas ………..…...…………16
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO …………………………………..…………………….19
2.1. Red de Distribución de un sistema de Acueducto ……………………………………........19
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2.1.1. Estudio de Dotaciones ……………………………………………………….…….…...…19
2.1.2. Descripción General de las Redes ……………………………………….……………….21
2.1.3. Funcionamiento Hidráulico del Sistema ………………………………………………...22
2.1.4. Tipos de válvulas de paso más comunes en redes de distribución ……………..……….23
2.1.5. Métodos de cálculo de las redes de distribución …………………………………..……..25
2.1.6. Propiedades de los Fluidos ………………………………………………………...…….30
2.1.7. Estaciones de Bombeo ……………………………………………………………..…….31
Tipos de Bombas ………………………………………………………………..……32
Conceptos y Fórmulas Usuales Utilizadas en el Diseño de Estaciones de Bombeo
……………………………………………………………………….………………….34Selección de una Bomba Centrífuga ……………………………….………..…..……39
Modelaje Matemático …………………………………………………………….…..41
Construcción de Modelos …………………………………………………………….43
CAPÍTULO 3 MARCO METODOLÓGICO ……………………………………..……….47
3.1. Estrategia Metodológica ……………………………………………………...…………...47
3.2. Determinación y reconocimiento del área en estudio ………………………………............47
3.3.Reconocimiento de los componentes principales de la red de Acueducto en estudio
……………………………………………………………………………………...…………….50
3.4. Cálculos …………………………………………………………………...………………...50
3.4.1. Cálculos Operación Óptima de las Bombas ………………………….…..……………...50
Cálculo de Dotaciones ………………………………………….…..………………...50
Cálculo de Demandas ………………………………………………………………...51
3.4.2. Reconocimiento de condiciones de operación ……………………………………………52
3.4.3. Modelaje Matemático …………………………………………………………………….52
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CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y ANÁLISIS …………………………………...…………55
4.1. Determinación del área de atención de la red de acueducto atendida por la EB y
Reconocimiento de los componentes más relevantes de la red de Acueducto
…………......................................................................................................................…….55
4.2. Cálculos Teóricos del Rango Óptimo de Operación de las Bombas ………………...…….65
4.3. Resultados de los Cálculos de Dotaciones …………………………………………………69
Barrio El Calvario …………………………………………………………...……...…69
Urbanización El Arroyo ……………………………………………………………....69
Calle El Lazo …………..………………………………………………………..........69
4.4. Resultados del Reconocimiento de Condiciones de Operación ……….……….……..........70
4.4.1. Mediciones ………………………………………………………………………………..70
Bomba KSB MOVI 65/3 ……………………………………………………………...70
Bomba KSB WKL 80/3 ……………………………………………………………..70
4.4.2. Puntos de Operación …...……………………………………………………………...70
Bomba MOVI 65/3 …..………………………………………….…………………...74
Bomba WKL 80/3 ……………………………………………….………….………..74
4.4.3. Verificación de las Condiciones de Operación de las Bombas ………………………….75
4.4.4. Análisis de los Resultados de la Verificación de las Condiciones de Operación de las
Bombas ……………..………………………………………………………………….78
Bomba MOVI 65/3 …..……………………………………………………….……...78
Bomba WKL 80/3………………………………………………………........................78
4.4.5. Análisis de los Resultados de la Segunda Verificación de las Condiciones de Operación de
las Bombas ………………………………………………………………………..........81
Bomba MOVI 65/5 ……………………………………………………………81
Bomba WKL 80/3 ………………………………………………………………81
4.5. Resultados Situación Actual o Diagnóstico de funcionamiento hidráulico de la red…….….81
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4.5.1. Análisis de Resultados Situación Actual …………………………..……………………87
Bomba MOVI 65/5 Operando …………………………………………….…………87
Bomba WKL 80/3 Operando …………………………………..…….……..…........88
CAPÍTULO 5. PROPUESTAS DE MEJORAS …………………………….………..……..90
5.1. PROPUESTA 1 ………………………………………………..…….……..…........90
5.1.1. Descripción de la Propuesta 1 …………………………………..……………….….........90
5.1.2. Resultados de la Propuesta 1 …………………………………..………………..………91
5.1.3. Análisis de los Resultados de la Propuesta 1 ……….…….………………………………98
Bomba MOVI 65/5 Operando ……………….…………………………….…………98
Bomba WKL 80/3 Operando …………………………………..………………………98
5.2. PROPUESTA 2 …………………….……………………………………….……...99
5.2.1. Descripción de la Propuesta 2 …………………………………..……..…………………99
5.2.2. Resultados de la Propuesta 2 …………………………………..………………..………99
5.2.3. Análisis de los Resultados de la Propuesta 2 …………….……..……………..…...........104
Bomba MOVI 65/5 Operando ………………………………………...…..………….104
Bomba WKL 80/3 Operando …………………………………………….……..........104
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES …………………………………………...…..………..105
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ……………………………………………………..107
APÉNDICES ……………………………………………………………...…………...……..108
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ÍNDICE DE FIGURAS
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Figura 1.1. Atención Espacial del País por las diferentes empresas Filiales de “HIDROVEN”……………………………………………………………….………………………………………7
- Figura 1.2. Ubicación referencial de Embalses utilizados por las diferentes empresas Filiales de
“HIDROVEN” …………………………………………………………...………...……………...8
- Figura 1.3. Organigrama de “HIDROCAPITAL. “ ……………………..……………………...11
- Figura 1.4. Organigrama Sistema Metropolitano …………………………..………………...12
- Figura 1.5. Sistema de Acueducto del Sector Sureste de la ciudad de Caracas …….…………..18
- Figura 2.1. Esquema de válvula de compuerta ………………………….………….…………..23
- Figura 2.2. Esquema de válvula mariposa ………………………………………...……………24
- Figura 2.3. Esquema de red de distribución formada por una sola malla ……………..………..25
- Figura 2.4. Fórmula de Hazen-William …………………………………………….…………...26
- Figura 2.5. Esquema de red de distribución formada por una sola malla. Método de Hardy Cross
……………………………………………………………………………...……..………………..27
- Figura 2.6. Fórmula de Factor de Corrección de Caudal ……………………………………….28
- Figura 2.7. Configuración general de una bomba centrifuga ……………………….………….32
- Figura 2.8. Fórmula de NPSH …………………………………………………….………...…36
- Figura 2.9. Fórmula de la Velocidad Específica en la succión …………………….……………37
- Figura 2.10. Fórmula para el cálculo de la potencia nominal requerida por la bomba ……...…37
- Figura 2.11. Fórmula para el cálculo de la energía consumida por el motor que suministra potencia a la bomba …………………………………………………………...…………………38
- Figura 3.1. Esquema Estrategia Metodológica ……………………………………..…………..48
- Figura 4.1. Barrio El Calvario. Redes de distribución construidas por los propios usuarios…….57
- Figura 4.2. Barrio El Calvario. Redes de distribución construidas por los propios usuarios…….57
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- Figura 4.3. Red de distribución de la EB Calvario El Hatillo …….……………………………58
- Figura 4.4. Urbanización El Arroyo. Llave de Paso ubicada en la Redoma El Arroyo…………59
- Figura 4.5. Urbanización El Arroyo. Llave de Paso ubicada en la Calle Los Curtidores………..59
- Figura 4.6. Tubería de 4" a la salida de la EB ………………………………………................60
- Figura 4.7. “Y” en la Tubería de 4" a la salida de la EB …………………………….………...60
- Figura 4.8. Tubería de 4" que sube al Estanque de almacenamiento El Calvario .…………...…61
- Figura 4.9. Calle Calvario Alto donde se encuentra el Estanque de Almacenamiento ………….62
- Figura 4.10. Vista interna del estanque ………………………………………………..………..63
- Figura 4.11 Vista de la Tubería de entrada al estanque .…………………………...…………...63
- Figura 4.12. Tuberías de salida del estanque .…………………………………………………..63
- Figura 4.13. Tubería de 3" después de la “Y” a la salida de la EB………………………………63
- Figura 4.14. Curva característica de la bomba MOVI65 equivalente a una (1) etapa ………...…71
- Figura 4.15. Curva característica de la bomba MOVI65 equivalente a tres (3) etapas …...........72
- Figura 4.16. Curva característica de la bomba WKL80 equivalente a una (1) etapa ……….......73
- Figura 4.17. Modelo gráfico de la red de distribución de la Estación de Bombeo “El Calvario - El
Hatillo” utilizada en la simulación para obtener los resultados del diagnostico de la situación actual…………………………………………….…………….……………………………………….....82
- Figura 5.1. Esquema de las Propuestas de Mejoras………………………………………………92
- Figura 5.2. Modelo gráfico de la red de distribución de la EB El Calvario - El Hatillo utilizada en
la simulación para obtener los resultados de la Propuesta 1 ……………………………………...93
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ÍNDICE DE TABLAS
- Tabla 2.1. Dotaciones para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares ..…….....………21
- Tabla 2.2. Valores del coeficiente “C” más usados ………………………………….………...26
- Tabla 2.3. Gastos mínimos permitidos en tuberías de distribución según Norma INOS ……….27
- Tabla 2.4. Valores del coeficiente “” en la fórmula de Hazen-Williams para diferentes valores
de “C” ………………………………………………………………………................................29
- Tabla 3.1. Curva de variación horaria ………………………………………………...………..54
- Tabla 4.1. Resultados de los cálculos del límite máximo para operación óptima de la bomba
MOVI65/3 ………………………………………………………………………………………….65
- Tabla 4.2. Resultados de los cálculos del límite mínimo para operación óptima de la bomba
MOVI65/3. (Fuente: elaboración propia) ………………………………………………………….66
- Tabla 4.3. Resultados de los cálculos del límite máximo para operación óptima de la bomba
WKL80/3. (Fuente: elaboración propia) …………………………………………………...………67
- Tabla 4.4. Resultados de los cálculos del límite mínimo para operación óptima de la bomba
WKL80/3. (Fuente: elaboración propia) …………………………………………………………..68
- Tabla 4.5. Cálculos de dotaciones para la Urbanización El Arroyo …………………………….69
- Tabla 4.6. Cálculos de dotaciones para la Calle “El Lazo” ……………………………………..69
- Tabla 4.7. Mediciones hechas en la EB para la bomba MOVI65/3 …………………………….70
- Tabla 4.8. Mediciones hechas en la EB para la bomba WKL80/3 ……………………………..70
- Tabla 4.9. Puntos característicos de la curva de la bomba KSB MOVI 65/5 ………...………...74
- Tabla 4.10. Puntos característicos de la curva de la bomba WKL80/3 ………………………...75
- Tabla 4.11. Resultados de los cálculos de verificación de las condiciones de operación de la
bomba MOVI6 ……………………………………………………………………………………76
- Tabla 4.12. Resultados de los cálculos de verificación de las condiciones de operación de la
bomba WKL80/3 ………………………………………………………………………………….77
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- Tabla 4.13. Resultados de los cálculos de verificación de las condiciones reales de operación de
la bomba MOVI65/5 ………………………………………………………………………………79
- Tabla 4.14. Resultados de los cálculos de verificación de las condiciones reales de operación de
la bomba WKL80/3 con el rodete recortado ………………………………………………………80
- Tabla 4.15. Resultados del diagnóstico de los nodos para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/5 operando ……………………………………………………………………...83
- Tabla 4.16. Resultados del diagnóstico de las tuberías para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/5 operando ……………………………………………………………………...84
- Tabla 4.17. Resultados del diagnóstico de los nodos para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba WKL80/3 operando …………………………………………………………….................85
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Tabla 4.18. Resultados del diagnóstico de las tuberías para las horas críticas (9am-3pm) con la bomba WKL80/3 operando ………………………………………………………………………..86
- Tabla 5.1. Resultados de los nodos de la propuesta 1 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/5 operando ………………………………………………………………………94
- Tabla 5.2. Resultados de las tuberías de la propuesta 1 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/5 operando ………………………………………………………………………95
- Tabla 5.3. Resultados de los nodos de la propuesta 1 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba WKL80/3 operando ………………………………………………………………………..96
- Tabla 5.4. Resultados de las tuberías de la propuesta 1 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba WKL80/3 operando ………………………………………………………………………97
- Tabla 5.5. Resultados de los nodos de la propuesta 2 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/4 operando ……………………………………………………………………..100
- Tabla 5.6. Resultados de las tuberías de la propuesta 2 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba MOVI65/4 operando ……………………………………………………………………..101- Tabla 5.7. Resultados de los nodos de la propuesta 2 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba WKL80/3 operando ……………………………………………………………………...102
- Tabla 5.8. Resultados de las tuberías de la propuesta 2 para las horas críticas (9am-3pm) con la
bomba WKL80/3 operando ……………………………………………….……………………..103
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INTRODUCCIÓN
El análisis del funcionamiento hidráulico de la red de distribución de abastecimiento de
agua en una ciudad como Caracas es una necesidad fundamental para poder solucionar problemas
como discontinuidad en el servicio, fugas, distribución no equitativa, y así ahorrar energía de
operación y lograr un funcionamiento adecuado del sistema, además de la necesidad básica
asociada a la calidad de vida de los ciudadanos.
La herramienta utilizada más frecuentemente para realizar estos análisis delfuncionamiento hidráulico son los modelos matemáticos, los cuales permiten optimizar el sistema
en todos sus aspectos mediante propuestas de mejoras y/o corrección de fallas, logrando así, un
mejor funcionamiento del sistema para aprovechar de mejor manera los recursos existentes y
garantizar una mejor distribución del servicio.
“HIDROCAPITAL”, en conjunto con empresas privadas de proyectos de ingeniería ha
estado coordinando acciones que consisten en la rehabilitación del Acueducto de Caracas, las
cuales comprenden, entre otras acciones, el estudio y análisis del sistema a nivel dealimentadores, matrices y redes de distribución de agua.
Para cumplir los objetivos de mejoras planteados por “HIDROCAPITAL” en las redes de
distribución de agua, es necesario conocer las condiciones que tienen las mismas en lo que
respecta a funcionamiento y operación, lo cual conlleva al conocimiento del sistema completo de
distribución específico correspondiente a la zona en estudio.
El caso específico en estudio se emplaza en el sur-este de la ciudad, en el sector conocido
como “Barrio El Calvario” y “Urbanización El Arroyo” del Municipio Autónomo El Hatillo delEstado Miranda, los cuales están atendidos por la Estación de Bombeo “El Calvario-El Hatillo”.
El presente estudio identifica en un primer capítulo al ente empresarial
(HIDROCAPITAL) a fin de conocer su filosofía operacional y demás aspectos básicos asociados
a la empresa. En un segundo capítulo se presenta el marco teórico sobre el cual se basan las
consideraciones esenciales a tomar en cuenta en el caso en estudio tales como los conceptos
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asociados a una red de distribución de acueducto, sus normas legales y técnicas y cómo se
determina el objeto espacial a dotar con un sistema de acueducto. En un tercer capítulo se
presenta el marco metodológico que muestra el proceso seguido en el caso en estudio el cual
abarca desde el levantamiento de la red existente en la zona, la determinación de las demandas
actuales, realización de mediciones de presión y caudal, el modelaje matemático de la redexistente, y proyecciones a corto y largo plazo. El cuarto capítulo presenta los resultados de la
definición del área específica en estudio, de la aplicación de los cálculos teóricos sobre el
funcionamiento actual de las bombas existentes en la Estación de Bombeo El Calvario – El
Hatillo, los resultados de las mediciones de caudal y presión y los resultados del diagnóstico de la
red de distribución y de la Estación de Bombeo. Todo ello permite realizar, en el Capítulo
Quinto, propuestas de mejoras de operación, con el propósito, de mejorar el servicio que se presta
en la actualidad en la zona. Finalmente se presentan las Conclusiones obtenidas en cada uno de
los capítulos que conforman el presente trabajo y algunas Recomendaciones dirigidas a
complementar las propuestas siendo que las mismas se dirigen específicamente a los aspectos
relacionados con el mantenimiento
Considerando la reingeniería bajo el entendido de que “reingeniería es “la reconcepción
fundamental y el rediseño radical de los procesos para lograr mejoras dramáticas en medidas de
desempeño tales como en costos, calidad, servicio y rapidez”1, se pretende alcanzar los objetivos
de “HIDROCAPITAL”.
Antecedentes
El presente trabajo se realizó basándose en dos tesis realizadas en estaciones de bombeo y
redes de distribución con áreas de influencia y problemáticas similares a las de este trabajo.
La primera de ellas corresponde al análisis de la factibilidad del aprovechamiento de la
capacidad instalada de la Estación de Bombeo “San Antonio”, ubicada en la Parroquia El Valle,
de la ciudad de Caracas, con el objeto de ampliar su área de influencia, para así retirarla del áreaatendida por la Estación de Bombeo “El Valle” (Cañicito Nuevo)2 y mejorar la atención de los
usuarios respectivos. . La red de distribución estudiada ha sufrido una densificación de su área de
1 Institute of Industrial Engineers, "Más allá de la Reingeniería", CECSA, México, pp.4 (1995).2 Di Lucente, José y otros. Trabajo Especial de Grado. “Redimensionamiento de las áreas de influencia de lasestaciones de bombeo El valle /Cañicito Nuevo) y San Antonio en la Parroquia El Valle”. Universidad CatólicaAndrés Bello, Facultad de Ingeniería. (2000)
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influencias. El estudio entra en lo que “HIDROCAPITAL”3 ha llamado “Programa de
Rehabilitación del Sistema de Distribución de agua de la Ciudad Capital”, realizado con el
propósito de diagnosticar y plantear posibles soluciones a corto y largo plazo para mejorar el
servicio prestado, que se consideren adecuadas y convenientes para las demandas, y procurar un
ahorro de energía y operación.En la segunda tesis, se hizo un estudio del comportamiento hidráulico de las redes de
distribución del área de influencia de la Estación de Bombeo “Calle 18 – El Valle”4, con el
objetivo de ahorrar energía, reducir gastos de mantenimiento y operación de la EB, y garantizar
un buen servicio.
Justificación del Trabajo
El área de influencia de la Estación de Bombeo “Calvario’ - El Hatillo”5 abarca zonas
urbanas disímiles entre sí. Una de ellas ocupa dieciséis (16) hectáreas aproximadamente;
corresponde a unidades de vivienda unifamiliares en parcelas con tamaños que varían entre 323
m2 y 2400 m2, denominada “Urbanización El Arroyo”.
La otra zona ocupa una superficie cercana a diez (10) hectáreas; corresponde a un
desarrollo urbano no organizado conocido como “Barrio El Calvario”, cuyos orígenes datan de la
década de 1970. Ha presentando un crecimiento espacial y poblacional importante en las últimas
años bajo un importante crecimiento espacial anárquico que concluye en un desorden urbanístico,
y que lleva consigo un desarrollo no planificado de redes de tuberías de diversos materiales,
diámetros, alineamientos y empalmes ejecutados la mayoría de ellos por los propios usuarios,
para concluir en un muy deficiente sistema de distribución.
Esta situación de crecimiento de la demanda del servicio de agua potable fuera de
planificación, conjuntamente con la ineficiencia de la red de distribución en el “Barrio El
Calvario” ha generado una carga desmedida a la Estación de Bombeo “El Calvario - El Hatillo”
que, fuera construida hace más de treinta (30) años para una red de distribución determinada con
demanda mucho menor a la existente.
3 “HIDROCAPITAL”. Empresa hidrológica de la Región Capital4 Rojas, José F y Tablante, Francisco. Trabajo Especial de Grado. “Análisis del funcionamiento hidráulico del áreade influencia de la E/B Calle 18 – El Valle”. Universidad Católica Andrés Bello, Facultad de Ingeniería. (2000)5 A lo largo del presente trabajo se hará referencia como “EB El Calvario” y/ ó simplemente como “EB”
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Ante esta situación, la empresa “HIDROCAPITAL” tiene como meta la reingeniería de la
estación, con miras a mejorar el nivel de servicio a la población actual.
Planteamiento del Problema
El proyecto de re-ingeniería de la Estación de Bombeo “ El Calvario - El Hatillo” tiene
por finalidad rediseñar dicha estación y los diferentes componentes del sistema a ella asociados
para poder servir eficientemente a toda el área de influencia.
La problemática actual es que existe disparidad marcada en la atención de las necesidades
de los dos sectores del área de influencia de la EB(6), siendo que la zona de la “Urbanización El
Arroyo” recibe mejor nivel de prestación que la del “Barrio El Calvario”.
El rediseño de la estación está en función de las necesidades ciertas que se identifican encada componente del sistema, para lo cual es necesario identificar o diagnosticar el
funcionamiento actual, sus condiciones y características físicas, y evaluar el funcionamiento
hidráulico del sistema como conjunto y permitir la toma de decisión apropiada para alcanzar la
meta de la Hidrológica, la cual es dotar de manera de la manera más equitativa posible a todos los
habitantes de la zona de influencia de la EB y así brindarles una mejor calidad de vida.
Las circunstancias particulares de cada una de las zonas urbanas atendidas por el sistema
de la EB tales como la estructura parcelaria, la densidad poblacional, el tipo de estructura de
edificaciones, el crecimiento y concentración poblacional, el ritmo de ocupación del espacio
urbano, la construcción precaria de las redes de distribución de agua potable por parte de los
usuarios, condicionan de manera severa el funcionamiento del sistema y ello conlleva a que cada
zona servida por la EB posea diferentes niveles de satisfacción de prestación del servicio.
Es así como la zona de la “Urbanización El Arroyo”, zona urbana parcelada y urbanizada
con sus servicios de redes apropiadamente construidos y diseñados, no presenta limitaciones con
respecto a la distribución.
Por su parte la zona del “Barrio El Calvario” presenta en forma antagónica, un muy bajo
nivel de prestación del servicio por lo desordenado del espacio urbano, (ocupado en forma
anárquica) densificado sin orden urbanístico, con la colocación de redes de distribución de
diferentes materiales, con empalmes y derivaciones sin criterios técnicos apropiados, etc.,
6 EB. Léase: Estación de Bombeo. Se refiere específicamente a la Estación de Bombeo” El Calvario- El Hatillo”.
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5
trayendo como resultado un muy bajo nivel de calidad del servicio y un alto nivel de
inconformidad social en la zona de El Hatillo.
“HIDROCAPITAL” está afrontando en consecuencia un importante desbalance en la zona
atendida por la EB y estima que los umbrales de atención de la misma han sido sobrepasados. A
esta situación se adiciona la circunstancia de las dificultades de cobranza del servicio prestado enla zona del “Barrio El Calvario”, precisamente la zona de mayor demanda y gasto.
Ante tal situación de distribución, “HIDROCAPITAL” se plantea la meta de la
reingeniería de la estación EB, con la finalidad de adaptarla, al igual que su red de distribución a
la demanda actual, y así cumplir con la Visión y Misión de la Hidrológica, con la consideración
especial a los habitantes del “Barrio El Calvario” por ser la concentración poblacional más
relevante de esa zona de El Hatillo.
Objetivo General
El objetivo general del presente trabajo es realizar la reingeniería del Sistema de
abastecimiento de agua potable atendido por la EB “El Calvario El Hatillo” a los fines de mejorar
el nivel de prestación del servicio en la zona más popular de su área de influencia.
Objetivos Específicos
Los objetivos específicos siguientes permiten, al ser alcanzados paulatinamente unos y
otros, el logro del objetivo general planteado permitiendo la generación de una conclusión ante el
planteamiento inicial de la Hidrológica en la búsqueda de su objeto final, que es la calidad de
vida de los usuarios del sistema de acueducto.
Los objetivos específicos son:
o Levantamiento de la información básica:
Reconocimiento de la zona de estudio, es decir, la zona atendida por la
Estación de Bombeo (área de influencia).
Identificación de los componentes del sistema de acueducto: Estación de
bombeo propiamente dicha, tuberías principales de distribución,
almacenamiento y red de distribución.
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Obtención de los parámetros de operación actuales.
o Elaboración de planos o croquis que representen la red de distribución existente
o Realización de análisis hidráulicos del sistema
o Elaboración de Diagnósticos de la situación actual
o Proposición de alternativas de solución
o Conclusiones y Propuestas
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CAPÍTULO 1MARCO EMPRESARIAL
1.1.- Reseña Histórica
“HIDROCAPITAL”7 es la empresa hidrológica de la Región Capital que tiene a su cargo
la administración, operación, mantenimiento, ampliación y rehabilitación de los Sistemas de
Agua Potable y de los Sistemas de Recolección y Disposición final de las Aguas Servidas en el
Distrito Capital y en los estados Miranda y Vargas. Inicia operaciones el día once (11) de abril de
1991.
Conjuntamente con las empresas hidrológicas regionales siguientes: “HIDROFALCÓN”,
“HIDROLAGO”, “HIDROLLANOS”, “HIDROPÁEZ”, “HIDROANDES”, HIDROCARIBE” e
“HIDROCENTRO”, entre otras, conforma el grupo de empresas que, actuando bajo la
coordinación macro de “HIDROVEN”8, se encuentran a cargo del Sector Agua Potable y
Saneamiento (Sector APS9) del país. La Figura No. 1.1.1 muestra la distribución espacial de las
áreas de atención de las diferentes empresas filiales de “HIDROVEN”.
Figura 1.1. Atención Espacial del País por las diferentes empresas Filiales de “HIDROVEN”.(Fuente: http://www.hidroven.gov.ve)
7 “HIDROCAPITAL”. Empresa hidrológica de la Región Capital8 “HIDROVEN”. Casa matriz del Agua Potable y Saneamiento del Sector Agua Potable y Saneamiento del país9 Sector APS: Sector Agua Potable y Saneamiento.
http://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.php
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8
El Sector APS es atendido con una serie de embalses o reservorios de agua en el país cuya
distribución espacial se muestra en la Figura No. 1.2.
Figura 1.2. Ubicación referencial de Embalses utilizados por las diferentes empresas Filiales de“HIDROVEN”. (Fuente: http://www.hidroven.gov.ve)
“HIDROVEN”, constituida el veinticuatro (24) de mayo de 1990, tiene bajo su
responsabilidad el desarrollo de las políticas y programas en materia de Abastecimiento de Agua
Potable, Recolección y Tratamiento de Aguas Servidas y Drenajes Urbanos. Así mismo le
corresponde el diseño y establecimiento de las directrices para la administración, operación,
mantenimiento y ampliación de los sistemas atendidos por cada una de las empresas hidrológicas
regionales. Tanto “HIDROVEN” como sus empresas filiales, operan bajo un conjunto de
principios y valores diseñados desde su fundación al sustituir al anterior Instituto Nacional de
Obras Sanitarias (INOS)10 entre las cuales destacan las siguientes:
1. La preservación de la salud pública, el recurso hídrico y el ambiente.
2. El acceso de todos los ciudadanos a la provisión de los servicios de agua potable y desaneamiento, con un suministro confiable y de calidad.
3. El equilibrio entre la protección de los derechos y obligaciones de los suscriptores y la de los prestadores de los servicios.
4. La adopción de los modelos de gestión basados en criterios de calidad, eficiencia empresarial,confiabilidad, equidad, no discriminación y rentabilidad.
5. La transparencia en las decisiones e imparcialidad de tratamiento a todos los prestadores de losservicios y suscriptores”.
(11)
10 INOS. Instituto Nacional de Obras Sanitarias11 Página WB. “HIDROCAPITAL”. http://www.hidrocapital.com.ve
http://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.phphttp://www.hidroven.gov.ve/index.php
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1.2.- Misión y Visión Empresarial
“HIDROCAPITAL” se maneja bajo los principios macro de su casa matriz y opera como
empresa adscrita al Ministerio Popular para el Ambiente. Tiene, adicionalmente, claramente
definidos su “Misión”, “Visión” y “Valores” de la siguiente manera.
MISION:
HIDROCAPITAL es una empresa de servicio público, comprometida en prestar a sus clientes
un servicio de alta calidad en agua potable y saneamiento, mediante un modelo de gestión
sustentable. (12)
VISIÓN:
HIDROCAPITAL será una empresa pública exitosa, de ámbito municipal, financieramente
sustentable, con una imagen reconocida nacional e internacionalmente por sus innovaciones
tecnológicas, talento humano y una positiva incidencia en los clientes, a partir de los
estándares logrados en los servicios que presta. (13)
VALORES: Los valores de “HIDROCAPITAL” son: (14)
- Ejemplo de excelencia
- Honestidad
- Vocación de servidor público
- Alta capacidad de trabajo
- Compromiso
- Trabajo en equipo
- Lealtad
1.3.- Organización Empresarial
La empresa “HIDROCAPITAL” cuenta con una estructura organizacional que se ordena
de forma jerárquica desde la Junta Directiva hasta los departamentos dentro de cada Gerencia,
todo ello para cumplir, de forma armónica, las principales funciones de la empresa. A su vez, la
estructura organizacional corresponde a las diferentes subregiones existentes dentro del ámbito
físico espacial a su cargo, el cual está compuesto por veintitrés (23) municipios, y en base a ellos
se definen seis (6) Gerencias para cada subregión, a saber:
12 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 513 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 514 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 5
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Sistema Metropolitano: Presta servicio a los municipios Libertador, Chacao, Baruta,
Sucre y El Hatillo del estado Miranda.
Sistema Losada: Presta servicio a los municipios Independencia, Lander, Simón
Bolívar, Paz Castillo, Cristóbal Rojas y Urdaneta. del estado Miranda.
Sistema Panamericano: Presta servicio a los municipios Guaicaipuro, Carrizal y Los
Salias del estado Miranda.
Sistema Fajardo: Presta servicio a los municipios Zamora, Plaza y parte de Acevedo
del estado Miranda.
Sistema Litoral Central: Presta servicio al estado Vargas, compuesto por las
parroquias Carayaca, Catia La Mar, Maiquetía, La Guaira, Macuto, Caraballeda,
Naiguatá y Carozo.
Sistema Barlovento: Presta servicio a los municipios Brión, Pedro Gual, Páez, Andrés
Bello, Buróz y parte de Acevedo del estado Miranda.
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11
Figura 1.3. Organigrama de “HIDROCAPITAL”.(Fuente: Elaboración Propia en base a Organigrama completo de la empresa, según fuera presentado por el Presidente de
“HIDROCAPITAL” a la Junta Directiva en fecha 23 de enero de 2008)
Junta Directiva
Presidencia
GerenciaPlanificación y
DesarrolloConsultoría
Jurídica
AuditoriaInterna
Gerencia deRecursosHumanos
Gerencia deInnovaciónTecnológica
Gerencia deInformática
Coordinación deContrataciones
AlternasGerencia dePrevención yControl dePérdidas
CoordinaciónComisión de
Contrataciones
Gerencia Generalde
Comercialización
Gerencia Generalde Proyectos y
Servicios Técnicos
Gerencia deAdministración
y Finanzas
Gerencia deImagen
Gerencia Generalde Operaciones yMantenimiento
Gerencia deSistema
Metropolitano
Gerencia deSistemaLosada
Gerencia deSistema
Panamericano
Gerencia deSistemaFajardo
Gerencia deSistema Litoral
Central
Gerencia deSistema
Barlovento
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12
Según se observa en el Esquema Organizacional de la empresa, la ciudad de Caracas esatendida por la Gerencia del Sistema Metropolitano, cuyo objetivo principal es:
Operar, mantener y desarrollar el Sistema de agua potable, así como la recolección de las aguasservidas en concordancia con los parámetros de cantidad, calidad, oportunidad y costos
preestablecidos. Garantizando la recaudación y administración de recursos; así como asegurar laatención de sus clientes, usuarios y gestión comunitaria.
(15)
Tiene las siguientes funciones principales y su estructura organizacional se muestra en la
Figura 1.4.
Figura 1.4. Organigrama Sistema Metropolitano.
(Fuente: HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión.2007. pp 7)
1. “Coordinar la actividad y eficacia de las diferentes Sub-Gerencias que conforman el Sistema.
2. Coordinar el proceso de formulación del Plan del Sistema Operativo de HIDROCAPITAL.
3. Coordinar los resultados de los estudios sobre el Plan de Inversiones.
4. Supervisar el desarrollo e implantación de tecnologías en la zona de influencia del SistemaOperativo.
5. Garantizar el suministro de agua potable, así como el buen funcionamiento de las redes de
acueductos y cloacas, aplicando los correctivos y el correspondiente seguimiento.6. Garantizar el cumplimiento de la normativa vigente en la diferentes Unidades que conforman
el Sistema, verificando los resultados de las auditorias internas o externas.
7. Formular el plan operativo y el presupuesto anual del Sistema, siendo responsable de suconcepción y garantizar su ejecución.
8. Supervisar y controlar la gestión de Recursos Humanos, y orientar los programas hacia elmejor aprovechamiento y desarrollo del personal adscrito al Sistema.
15 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 7
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9. Garantizar la eficacia del Sistema de Comercialización y Recaudación para el cumplimientode los objetivos y acciones tácticas previstas en su plan.
10. Garantizar la eficiente ejecución del presupuesto.
11. Garantizar la atención a las comunidades.(16)
Dentro de la estructura organizacional se destaca la presencia de la “Coordinación
Caracas” cuyas funciones principales son:
1. Supervisar la ejecución de maniobras para garantizar el servicio de agua potable.
2. Controlar la situación de los Estanques y Estaciones de Bombeo, pertenecientes a la red de
distribución, para verificar y garantizar el equilibrio hidráulico del acueducto.
3. Coordinar acciones con otras unidades, tales como: Producción, Tratamiento,
Electromecánica, Comerciales y Comunitaria para garantizar el servicio de agua potable al
Área Metropolitana de Caracas.4. Asistir a reuniones ante: Alcaldías, Metro de Caracas, Juntas Parroquiales, Asociaciones de
Vecinos, Mesas Técnicas, Consejos comunitarios y otros, a fin de ventilar todo lo referente a
la prestación del servicio de agua potable.(17)
Así mismo, se encuentra la Sub-Gerencia de Ingeniería cuyas funciones principales son:
1. Elaborar y desarrollar proyectos civiles e hidráulicos dirigidos al desarrollo y mejoramiento
de la red.
2. Supervisar e inspeccionar el desarrollo de las diferentes obras que contienen los proyectos.
3. Proponer mejoras y correctivos en las maniobras y operaciones que afecten a sectores
susceptibles de fugas con el fin de evitarlas.
4. Coordinar las actividades de localización de tuberías de la red de acueductos, válvulas de las
redes, tapas de tanquillas y tapas de bocas de visita para actualizar la información catastral del
sistema, optimizar la operación de servicio y contribuir con el mantenimiento del sistema de
cloacas.
5. Coordinar el apoyo a los Sistemas Litoral, Fajardo, Barlovento, Panamericano y Losada, en la
localización de fallas y solución de desviaciones.
6. Verificar la calidad de los materiales utilizados para las reparaciones y obras.
16 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 7 y 817 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 13
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7. Efectuar estudios de factibilidad técnica dirigidos a la captación e incorporación de nuevos
suscriptores al sistema.
8. Identificar situaciones en la red de distribución que requieran intervención técnica de
ingeniería y proponer soluciones.
9. Contribuir con la formulación del plan anual de inversiones.
10. Formular y/o supervisar los estudios de ingeniería para mejorar la eficacia del sistema de
distribución de agua potable y/o de recolección.
11. Formular el plan operativo y el presupuesto de la Gerencia conjuntamente con las
subgerencia.
12. Modelizar, calibrar y diagnosticar el funcionamiento hidráulico de distintos subsistemas,
además de control y supervisión de los puntos del sistema relacionados con el Sistema
Metropolitano.
13. Prestar apoyo en los procesos de instalación, desarrollo y mantenimiento de las redes deacueductos y cloacas del Sistema, mediante la realización de inspección a las obras en
ejecución para verificar y controlar el cumplimiento de las especificaciones técnicas pautadas
en cada caso.
14. Efectuar inspecciones periódicas a las redes de acueductos y cloacas para su funcionamiento.
15. Coordinar y efectuar seguimiento de las inspecciones técnicas de obras para instalaciones,
desarrollo y mantenimiento de las redes, llevadas a cabo por contratistas.
16. Elaborar informes sobre las inspecciones técnicas realizadas y formular las recomendaciones
pertinentes en cada caso.
17. Revisar y conformar las valuaciones técnicas de las obras inspeccionadas para el trámite
correspondiente administrativo oportuno.
18. Canalizar ante los organismos gubernamentales competentes los permisos correspondientes
para la intervención de espacios públicos involucrados en los diferentes proyectos.(18)
1.4.- Infraestructura
El sistema de acueducto de la Región Capital y Estado Vargas que atiende
“HIDROCAPITAL”, que como sistema, implica: la producción, la distribución, almacenamiento,
estaciones de bombeo y plantas de tratamiento, depende de una “gran fábrica de agua” conocida
como “SISTEMA DE PRODUCCIÓN TUY”, la cual es considerada en el mundo entero como
una gran obra en el campo de la hidráulica.
18 HIDROCAPITAL. “Manual de Organización Sistema Metropolitano”. 1era versión. 2007. pp 19
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El sistema Tuy capta el agua cruda en los embalses y la envía, a través de una gran red de
tuberías y de sistemas de bombeo, hasta las plantas de tratamiento para ser potabilizada y luego,
nuevamente mediante bombeo, llega a más de cinco millones de usuarios.
1.4.1.-
EmbalsesEl Acueducto Metropolitano se surte principalmente de fuentes ubicadas en las cuencas de
los ríos Guárico, Tuy, y Taguaza, cuyos caudales son aprovechados mediante los embalses
Lagartijo, Camatagua y Taguaza, respectivamente. Estos a su vez se apoyan en otros embalses
compensatorios tales como La Mariposa, La Pereza, Ocumarito, Quebrada Seca y Taguacita.
1.4.2.- Plantas de Tratamiento
El agua obtenida en las diferentes fuentes es tratada en catorce (14) plantas de tratamiento,entre las que se subrayan Caujarito, La Mariposa y La Guairita. En tales instalaciones se realizan
los procesos de Coagulación, Floculación, Sedimentación, Filtración y Desinfección para
garantizar que el agua que llega al usuario es ciento por ciento (100 %) potable.
1.4.3.- Estaciones de Bombeo
Un componente vital en el sistema de distribución de agua en la Región Capital es el
bombeo que es imprescindible para elevar el agua desde cotas bajas (por ejemplo la zona de la
Urbanización La California) hasta cotas muy altas (como la zona de El Junquito o El Hatillo).
El Sistema Metropolitano cuenta con ciento cuarenta y siete (147) estaciones de bombeo
en total y dentro de la ciudad de Caracas se encuentran ochenta y seis (86) de ellas atendiendo la
compleja red de tuberías existente en la ciudad.
1.4.4.- Estanques de Almacenamiento
El agua, mediante bombeo, es dirigida directamente a la red de distribución y a los
estanques de almacenamiento para compensar presiones y atender las zonas con un criterio de
distribución por sectores y por “niveles de servicio”, donde estos últimos se definen en base a las
cotas que tiene los espacios urbanos a atender con respecto a los propios estanques de
almacenamiento y a las estaciones de bombeo del sistema de acueducto.
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16
Dentro del área urbana de Caracas existen estanques de diferentes capacidades y de
diferentes diseños (estructura metálica, concreto), todos ellos administrados por la hidrológica y
funcionando en forma planificada bajo las normas técnicas pertinentes.
1.4.5.-
Tuberías de DistribuciónLa red de distribución está conformada por una enorme cantidad de tuberías que, en base
a los componentes del macro sistema de acueducto que atiendan, tienen diámetros mayores o
menores, (por ejemplo, las principales tuberías de distribución que parten de la Planta de
Tratamiento más importante de la ciudad de Caracas (Planta de Tratamiento La Guairita) tienen
diámetros grandes que llegan a setenta y cuatro pulgadas (74¨).
A medida que las tuberías van atendiendo los diferentes componentes de la gran red de
acueducto, van disminuyendo sus diámetros, de manera que, las tuberías de distribución en losurbanismos planificados son generalmente de ocho pulgadas (8¨) hasta “entrar” a los diferentes
predios privados que pueden tener cuatro pulgadas (4¨).
1.5.- Red del Sistema de Abastecimiento del Sector Sureste de Caracas
El Sistema de Abastecimiento del Sector Sureste de la ciudad de Caracas, está compuesto
por:
La “Planta de Tratamiento La Guairita”: ubicada en la parte más alta de la Urbanización
Macaracuay (1.700 m.s.n.m19), en la cual se trata agua proveniente de los embalses, que llegan a
ella mediante enormes tuberías que conforman los denominados sistemas Tuy I, Tuy II y
próximamente Tuy III . De ella parten las tuberías matrices conocidas como “Alimentador Norte”
que atienden mediante bombeo las zonas del norte, centro y oeste de Caracas y “Alimentador
Sur”, que atiende el Sureste.
El “Alimentador Sur”: es la tubería matriz del sistema del Sureste de Caracas,
conformándose en el componente principal de dicho sistema; presenta diferentes diámetros a lo
largo de su recorrido. Saliendo de la Planta de Tratamiento de la Guairita tiene treinta pulgadas
(30”) de diámetro y conduce, mediante bombeo, el agua desde la “Planta de Tratamiento La
Guairita” hasta el Estanque de Almacenamiento denominado “Alto Paují”. Recorre la Av. Luís de
19 m.s.n.m. Léase: metros sobre el nivel el mar
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17
Camoens a una profundidad aproximada de dos punto ochenta metros (2,80 m) a tres metros
(3,00m) cambiando su ruta hacia la quebrada La Guairita a la altura del Restaurante Vistarroyo.
Continúa por la urbanización Los Naranjos hasta llegar al Estanque “Alto Paují” ubicado en la
calle Guaina de dicha urbanización.
El Estanque “Alto Paují” cuenta con varias llaves y derivaciones para diferentes zonas delSureste de Caracas y desde allí la tubería Alimentador Sur continúa con el mismo diámetro (30”)
hasta la calle El Progreso de El Hatillo donde disminuye su diámetro a doce pulgadas (12”). Gira
hacia en la Calle Boulevard Arroyo donde disminuye su diámetro a seis pulgadas (6”) y al final
del callejón, entra a la Estación de Bombeo “El Calvario-Hatillo”. Otra derivación del
Alimentador continúa hacia la Av. Principal de La Urbanización La Lagunita atendiéndola
conjuntamente con las zonas vecinas y allí termina su recorrido. La Figura 1.5 muestra en forma
esquemática este sistema de acueducto con la indicación de la EB El Calvario.
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Figura 1.5. Sistema de Acueducto del Sector Sureste de la ciudad de Caracas. (Fuente: elaboración propia en base a información de “HIDROCAPITAL”)
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CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1. Red de Distribución de un sistema de Acueducto
A continuación se presenta, en forma condensada, los elementos más relevantes y
conceptos básicos de un sistema de distribución de acueducto, incluyendo los principales criterios
que han de tomarse en cuenta para su diseño y construcción.
Debe necesariamente destacarse que se trata de un sistema de acueducto para parcelas
urbanas, debidamente categorizadas o catalogadas como tales; es decir, que la mismas son el
resultado de un proceso de urbanización y/o de dotación de servicios de infraestructura que les
permite ser desarrolladas e integradas a la ciudad con todos sus privilegios y la subsiguiente
calidad de vida, lo cual las hace distintas de espacios no urbanizados o espacios rurales.
Igualmente es de imperativa anotación comentar que, si bien los sistemas de acueducto
urbanos son planificados y ejecutados conforme a los diseños, dentro de las ciudades, existen
espacios y áreas de grandes dimensiones que no han sido formalmente urbanizadas y que por lo
contrario, cuentan con redes precarias e ineficientes porque se han ocupado de manera anárquica
sin las consideraciones previas de dotación de servicios.
2.1.1 Estudio de Dotaciones
El estudio de dotaciones es de primordial importancia en el diseño del acueducto, ya que a
partir de él se dimensionan todas las instalaciones que conformarán el sistema de acueducto y, enforma subsecuente, también las del sistema de cloacas. Los conceptos relativos al estudio de
dotaciones más importantes son:
Dotación: se entiende por dotación, la cantidad de agua que se necesita suministrar en
un cierto período de tiempo a cada usuario del acueducto (casa, edificio, industria,
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escuela, comercio, parque, etc.), para satisfacer adecuadamente sus correspondientes
necesidades.
Demanda: volumen de agua requerido para satisfacer las necesidades razonables de
los usuarios del acueducto. Generalmente se expresa en litros por segundo (lps) o
metros cúbicos por segundo (mcps).
Consumo: volumen de agua realmente utilizado en un momento dado. Si la oferta es
mayor que la demanda, ésta y el consumo serán iguales.
Cuando se maneja el término de que la demanda o dotación media de una urbanización es,
de 100 litros por segundo (lps), se refiere a un promedio anual; es decir, como si todos los
segundos del año la urbanización consumiera justamente 100 litros. Es importante destacar que la
situación real es diferente porque el consumo fluctúa a lo largo el día pero a los efectos de los
cálculos en los diseños se trabaja con valores de la Dotación Media.
El estudio de dotaciones que se realice para un diseño de un sistema de acueducto debe
utilizar los criterios establecidos por el extinto Ministerio de Sanidad y Asistencia Social,
sancionados oficialmente mediante publicación en la Gaceta Oficial de la República de
Venezuela Número 4044 Extraordinario, de fecha 08 de Septiembre de 1988. Tales criterios
establecen los consumos en base a usos de suelo, tamaños de parcela y demás especificaciones
asociadas a las posibilidades de ocupación del suelo urbano y de los posteriores consumidores.
Según la precitada normativa oficial, (que aún a la fecha está vigente) las dotaciones
según el tipo de agrupación residencial son las siguientes: (20)
Artículo 108: Las dotaciones de agua para las edificaciones destinadas a: vivienda, instituciones,comercios, industrias, uso recreacional y deportivo, para riego de jardines y áreas verdes y para otrosusos, se calcularán de acuerdo con lo establecido en el presente Capítulo. Cualquier valor diferente de losaquí señalados deberá ser debidamente justificado mediante un análisis de consumos reales.
Artículo 109: Las dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares omultifamiliares, se determinaran de acuerdo con lo que se establece a continuación:
- Las dotaciones de agua para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares, se determinaran enfunción de área total de la parcela o del lote donde la edificación va a ser construida o exista, deacuerdo con la tabla 7.
20 Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4044 Extraordinario de fecha 08/09/1988
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Tabla 2.1. Trascripción textual de la Tabla No. 7 de la Normativa de Dotaciones GacetaDotaciones para edificaciones destinadas a viviendas unifamiliares.
(Fuente: Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 4044 Extraordinario de fecha08/09/1988)
Dotación de aguacorrespondiente en litros por
dia
1500201 300 1700301 400 1900401 500 2100501 600 2200601 700 2300701 800 2400801 900 2500901 1000 26001001 1200 28001201 1400 3000
1401 1700 34001701 2000 38002001 2500 45002501 3000 5000
5000 mas 100 /día por cada100 m² de sup adicional.
hasta 200
Mayores de 3000
Área Total de laParcela o Lote enMetros Cuadrados
- NOTA: las dotaciones antes señaladas incluyen el consumo de agua para usos domésticos y elcorrespondiente al riego de jardines y áreas verdes de la parcela o lote.
Es importante destacar que la normativa oficial no contempla una norma para los
desarrollos informales o anárquicos, lo cual evidencia la consideración de que tales desarrollos no
deberían existir y que deberían ser, paulatinamente, sustituidos por desarrollos formales cuyas y
las redes de servicio cumplan con los estándares de diseño ideales.
2.1.2. Descripción General de las Redes
Las redes se diseñan considerando la normativa ya citada y manejando los siguientes
conceptos asociados a la ocupación espacial urbana:
Densidad de población: es la cantidad de habitantes que reside en un área
determinada. Se mide en habitantes por hectárea (hab/ha)
Población de saturación: es el número máximo de habitantes por hectárea que puede
residir en una zona que esté regulada por algún plan de desarrollo urbano u ordenanza
de zonificación.
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Tasa de crecimiento poblacional: es el valor que determina el aumento del número
de habitantes de un área. Puede calcularse mediante numerosos métodos
2.1.3. Funcionamiento Hidráulico del Sistema
La red de acueducto urbano es un sistema con varios componentes que forman parte de un
sistema de mayor nivel con macro componentes donde estos últimos son:
La fuente: que es el lugar desde el cual se toma el recurso agua. Normalmente es un
embalse o reservorio o un río.
Planta de tratamiento: es el lugar donde el agua es tratada mediante varios procesos
con el objeto de potabilizarla para el consumo humano.
La red de distribución propiamente dicha, está constituida por lo siguientes componentes:
tuberías, estanques de almacenamiento, válvulas, bombas y demás elementos de conexión que
permitan el suministro de agua producida a los usuarios desde las plantas de tratamiento.
Tuberías: se denomina tubería a cualquier ducto cerrado a través del cual fluye un
líquido o fluido.
Válvulas: son dispositivos que se instalan en las tuberías para la adecuada operación ymantenimiento de los respectivos sistemas de conducción.
Bomba: es un dispositivo que tiene como finalidad proporcionar a un líquido, en este
caso agua, la energía suficiente para poder ser transportado, mediante un conducto
cerrado. a presión, desde un punto a otro de altura mayor.
Nodo: es todo punto en la red donde haya que instalar alguna pieza de conexión,
válvulas e hidrantes, entrecruces de tuberías, cambios de dirección, cambios de
diámetro, cambio de pendiente, final de ramales ciegos, asignación de consumos, etc.
Algunos conceptos utilizados en el cálculo hidráulico del sistema se presentan a
continuación:
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Curva característica de la bomba: son curvas experimentales que suministran las
casas fabricantes de bombas, en las cuales se muestran gráficamente las características
del funcionamiento de una misma bomba para diferentes condiciones de uso.
Demanda de nodos: a cada nodo se le asigna un consumo correspondiente a los
usuarios más cercanos a él. Este consumo se calcula en función del área tributaria quele corresponda, de la densidad poblacional de dicha área y de la dotación asignada.
Curva de variación horaria: es la representación gráfica de la variación del consumo
de la población, en un período de tiempo que generalmente es de 24 horas, referida al
consumo medio.
2.1.4. Tipos de válvulas de paso más comunes en redes de distribución
En las redes de distribución se requiere eventualmente el cierre o interrupción del paso de
agua y ello se realiza mediante el uso de válvulas siendo los tipos que a continuación se
mencionan los más comúnmente utilizados.
Válvula de compuerta: Es una compuerta que se aloja en un compartimiento fuera de
la tubería y al cerrarla la compuerta baja perpendicularmente al flujo del agua. (Figura
No. 2.1).
Figura 2.1. Esquema de válvula de compuerta. (Fuente: Palacios R, Álvaro.“Acueductos, Drenajes y Cloacas”. Editorial Universidad Católica Andrés Bello. pp. 82.(2004)
Válvula de mariposa: Está formada por un disco de forma aerodinámica a fin de
disminuir las pérdidas, que cuando la válvula esta abierta se encuentra paralela al flujo
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y al cerrarla el disco gira alrededor de su centro hasta cierra totalmente a la tubería,
impidiendo el flujo del agua. (figura No. 2.2)
Figura 2.2. Esquema de válvula mariposa.(Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica
Andrés Bello. pp. 83. (2004)
La función que cumplen ambos tipos de válvulas es la misma: interrumpir totalmente el
flujo del agua. El criterio en relación a cuándo colocar un tipo u otro es netamente económico y
de disponibilidad en el mercado; en general, se tiene que en diámetros iguales o menores de 300
mm (12 pulg) es mas económica la de compuerta, mientras que en diámetros mayores o iguales a
400 mm (16 pulg) es más conveniente la de mariposa, tanto por el factor costo, como por la
facilidad de operación.
Válvula reductora de presión: Cuando el urbanismo se desarrolla en terrenos
montañosos y en el sector hay un solo estanque desde el cual se van a alimentar varias
redes de distribución del desarrollo, puede suceder que en algunos sectores se
produzcan presiones superiores a las máximas permitidas (75m), siendo necesario
instalar válvulas denominadas reductoras de presión (o rompe carga), las cuales
pueden ser graduadas de modo tal, que la presión aguas debajo de ellas es fija,
cualquiera sea el valor de la presión aguas arriba.
La presión a la cual se deberán graduar, se fija en función de que haya en todos
los puntos de la red situados aguas debajo de la válvula, suficiente presión para prestar
un servicio eficiente. Se trabaja dentro del rango de 20m y 75m de presión.
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Estas válvulas son delicadas y requieren de un cuidadoso mantenimiento. Con
frecuencia se dañan, por ello es prudente especificar en las redes aguas debajo de
ellas, tuberías que puedan resistir las presiones máximas que se producirían en caso de
que fallase la válvula y los anclajes de las piezas de conexión deben diseñarse en
función de dichas presiones máximas.
2.1.5. Métodos de cálculo de las redes de distribución
Existen varios métodos para el cálculo de las redes de distribución y entre ellos, los más
frecuentemente utilizados y manejados, son los que a continuación se presentan:
Método de Hardy Cross:
El método de Hardy Cross, es el de mayor uso y se aplica en los casos en que se
supone una red de distribución formada por una sola malla como que se muestra en la
Figura 2.3 siguiente:
Figura 2.3. Esquema de red de distribución formada por una sola malla.(Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial
Universidad Católica Andrés Bello. pp. 69. (2004)
Se conocen adicionalmente las siguientes informaciones:
- Configuración geométrica de la red
- Gastos concentrados en los nodos para la condición de funcionamiento que se este
analizando- Punto y gasto de la red
- Material del cual están construidas las tuberías
El método se basa, a su vez, en la fórmula de Hazen-William para la determinación de las
pérdidas de carga en cada tramo, que se muestra en la Figura 2.4 a continuación:
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Figura 2.4. Fórmula de Hazen-William. (Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos,
Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica Andrés Bello. pp. 70. (2004)
En donde:
J = pérdida de carga por unidad de longitud (mts) = coeficiente de rugosidad que depende del material de tubo y del diámetro del
mismoQ = gasto en lpsK = constante igual a 1729,57C = coeficiente de rugosidad del tuboD = diámetro de la tubería en pulgadas
Los valores del coeficiente “C” comúnmente usados son los que se muestran en la Tabla
2.2 a continuación:
Tabla 2.2. Valores del coeficiente “C” más usados. (Fuente: Palacios R, Álvaro.“Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica Andrés Bello., pp. 70. (2004)
Conocido el gasto consumido concentrado en cada nodo, para la condición de
funcionamiento que se esté analizando, se hace una suposición lógica inicial de cómo se
considera que, aproximadamente, se va a ir distribuyendo el gasto por los diferentes tramos,
haciendo cumplir la ecuación de la continuidad en cada nodo. Una vez fijados los gastos inicialesen cada tramo, se seleccionan los diámetros tentativos de las tuberías, según la los valores
mostrados en la Tabla 2.3, de modo que ellos cumplan con las normas en cuanto a las velocidades
máximas permisibles en ellas.
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Tabla 2.3. Gastos mínimos permitidos en tuberías de distribución según Norma INOS.(Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica
Andrés Bello., pp. 76. (2004)
La distribución inicial de gastos cumple con la ecuación de continuidad, pero no con la
segunda condición, es decir, la igualdad de energía en cualquier nodo, independientemente del
camino seguido para calcularla. Es en este momento cuando se inicia formalmente la aplicación
del método Hardy Cross, el cual se basa en el diagrama contenido en la Figura 2.5 siguiente:
Figura 2.5. Esquema de red de distribución formada por una sola malla. Método de Hardy Cross(Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica
Andrés Bello., pp. 73. (2004)
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Para que se cumpla la segunda condición, deben modificarse los gastos iniciales en una
cantidad “Q”, cuyo valor se calcula según la fórmula mostrada en la Figura 2.6 y en la Tabla
2.4.
Figura 2.6. Fórmula de Factor de Corrección de Caudal. (Fuente: Palacios R, Álvaro.“Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica Andrés Bello., pp. 71. (2004)
En donde:
Q = factor de corrección (lps).
J = suma algebraica de las pérdidas de carga en cada tramo, de acuerdo a laconvención de signos.
J/Q = sumatoria en valor absoluto de las relaciones “pérdida/gasto” en cadatramo.
Si Q da positivo (+) hay que restarlo a los Q iniciales para obtener los corregidos, y si danegativo (-) hay que sumarlo.
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Tabla 2.4. Valores del coeficiente “” en la fórmula de Hazen-Williams para diferentes valoresde “C”. (Fuente: Palacios R, Álvaro. “Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad
Católica Andrés Bello., pp. 72. (2004)
Notas de la Tabla relativa a los Valores de “”
- El número que se indica entre paréntesis a la derecha de la coma, indica el número deceros que hay después de la coma, por ejemplo: 0(4) equivale a 0,0000.
- Generalmente se presenta el problema de que hay tramos pertenecientes a dos mallasy al ser balanceados por una malla, es desbalanceado al introducir la correccióncorrespondiente a la otra malla.
La resolución manual del Método de Cross es laboriosa y no se puede llegar a un alto
grado de precisión. Cuando se trata de redes que tienen muchas mallas y tramos comunes, es
prácticamente imposible de resolver y obliga a hacer simplificaciones en la red, lo cual afecta a la
solución óptima. Una vez planteada la red y resuelta manualmente, puede suceder que:
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- En algunos tramos resulten gastos reales inferiores a las capacidades de las
tuberías asignadas y se dispone de presión suficiente en las redes.
- Puede ser que ocurra lo contrario, es decir, que el gasto real sea superior a la
capacidad de la tubería asignada y por tanto no cumpla con las normas.
- Aún cuando los diámetros estén correctamente asignados en función de los gastos
reales, las presiones en algunos nodos sean inferiores a las permitidas.
Cualquiera de estas situaciones implica replantear la red y volver a repetir el proceso
manual, siendo, por consiguiente, muy difícil de lograr una solución más o menos óptima,
considerando los requerimientos hidráulicos y los aspectos económicos. Es por ello que los
proyectistas se ayudan con el uso de programas de computadoras que resuelven el Método de
Cross, ya que le permite analizar más alternativas, que naturalmente le acercan más y más a la
mejor solución.
También hay programas que, mediante procesos matemáticos, resuelven la red planteada,
para que ella cumpla las ecuaciones de continuidad e igualdad de energías en un nodo; sin
embargo, por lo general hay que introducir como dato los diámetros, por lo que de todos modos
es necesario hacer una cierta distribución de gastos.
2.1.6. Propiedades de los Fluidos
Otro elemento a considerar en el diseño de un sistema de distribución son las propias
características del fluido o líquido a transportar, es por ello que se presentan a continuación los
conceptos básicos asociados a los fluidos en términos generales considerando “fluido” todo
líquido compresible cuya densidad no varía. Los conceptos relacionados con los mismos son los
siguientes:
Presión: La presión en un líquido puede ser visualizada como una columna de líquido
la cual, debido a su peso, produce una presión equivalente a la presión en el punto en
consideración. Tal columna de líquido real o imaginaria es llamada “cabezal de
presión” o “presión estática”.
Viscosidad: Es la resistencia interna de un fluido al movimiento (fricción interna).
Esta fricción interna se debe a la cohesión entre las moléculas y la transferencia
molecular de una capa a otra. La viscosidad de un líquido disminuye con la
temperatura ya que la cohesión molecular disminuye al aumentar la temperatura.
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Se definen dos tipos de viscosidad, la viscosidad absoluta y la viscosidad
cinemática. La viscosidad cinemática es obtenida dividiendo la viscosidad absoluta
entre la densidad. La viscosidad cinemática es la viscosidad dinámica referida a las
fuerzas de inercia que dependen de la densidad
Temperatura: Es la indicación de la energía cinética de las moléculas. Si estemovimiento de las moléculas aumenta, la temperatura aumenta.
Densidad: Es la masa por unidad de volumen. La densidad de un líquido se determina
con un densímetro.
Gravedad Específica: Es una relación entre dos densidades, la de la sustancia de
interés A, entre la correspondiente sustancia de referencia. Normalmente la sustancia
de referencia de líquidos es agua a condiciones estándares (15.6 C). Sg=dens. sust. /
dens. agua.
Peso Especifico: Es el peso en unidades de fuerzas por volumen. Se define como un
peso relativo del fluido en función de la densidad.
Caudal: Es la variación de un volumen de fluido que pasa a través de una sección
transversal por unidad de tiempo. El caudal depende de la velocidad y el área en
donde se mueve el fluido.
Presión de Vapor: Es la presión a la cual coexisten el estado líquido y de vapor. Alaumentar la temperatura aumenta también la presión de vapor.
Vale destacar que tanto la densidad, como la gravedad específica y el peso específico son
propiedades de un fluido que permiten determinar las fuerzas inerciales, y son datos que se
necesitan para efectuar cálculos hidráulicos.
2.1.7 Estaciones de Bombeo
Se conoce como “Estaciones de Bombeo” a las instalaciones conformadas por bombas ydemás elementos complementarios para su funcionamiento, cuya función es apoyar la
distribución de agua dentro del sistema de acueducto. Como su nombre lo indica, el apoyo al
sistema se logra mediante el bombeo del agua a la red de distribución en forma directa y de ésta a
los usuarios y/o el bombeo a los tanques de almacenamiento que suelen estar en cotas más altas
que las correspondientes a las de las estaciones de bombeo.
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Se puede definir a una bomba como un dispositivo mecánico, cuya finalidad es
proporcionar a un líquido, en este caso el agua, la energía suficiente para poder ser transportado
mediante un conducto a presión, desde un punto de menor cota a uno de mayor cota. La
transferencia de energía es del rotor al fluido, produciendo por ende, una conversión de energíacinética, en energía de presión.
Con frecuencia en el proyecto de sistemas de abastecimiento de agua es necesario diseñar
estaciones de bombeo; por ejemplo:
o Cuando la fuente de agua es subterránea, habrá un equipo de bombeo del tipo pozo
profundo, cuya finalidad es traer hasta la superficie el agua y también habrá un
sistema de bombeo para transportar el agua desde la superficie hasta un estanque.
o Cuando en la red de distribución hay zonas altas y la presión del agua no es suficiente
para abastecer adecuadamente a dichas zonas, es necesario estaciones de bombeo para
alimentar estanques, desde los cuales, por gravedad, se abastezcan las zonas altas.
Tipos de Bombas:
En acueductos, las bombas que generalmente se usan son las denominadas “bombas
centrífugas”, siendo la configuración general de ellas la que se muestra en la Figura 2.7siguiente:
Figura 2.7. Configuración general de una bomba centrífuga. (Fuente: Palacios R, Álvaro.“Acueductos, Drenajes y Cloacas”, Editorial Universidad Católica Andrés Bello., pp. 108.
(2004)
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Partes principales de una bomba centrífuga y motor:
o Carcaza
o Impulsor o impulsores
o Eje
o Estoperos o sellos
o Cojinetes
o Sistema de lavado de sellos
o Sistema de lubricación
o Boquillas de succión, descarga. La mayoría de estas conexiones son bridadas,
excepto en bombas pequeñas
o Acoples
o Placa base
o Motor eléctrico
o Conexiones eléctricas
Las bombas centrífugas tienen un elemento llamado impulsor, que gira a una cierta
rata (revoluciones por minuto). Por efecto de la rotación del impulsor, se produce en el lado
de la aspiración, una presión inferior a la atmosférica, la cual actúa sobre el nivel del agua
en la tanquilla de succión (es el caso más común), produciéndose el flujo del agua desde la
tanquilla hacia la cámara de la bomba. Una vez que el agua entra en la cámara o cuerpo de
la bomba, el impulsor, en virtud de su rotación, le comunica al agua una gran carga de
velocidad que, luego al salir de la bomba, se convierte en energía potencial. Las bombas
que poseen más de un impulsor, se denominan “bombas multietapas”.
La presión en la succión de la bomba es de primordial importancia en el correcto
diseño de una estación de bombeo y es precisamente en la succión, donde se pueden