tesis simon bolivar sistema de bombeo

8/17/2019 Tesis Simon Bolivar Sistema de Bombeo

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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

-

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

-

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


bomba WKL80/3 operando ………………………………………………………………………..96


bomba WKL80/3 operando ………………………………………………………………………97


bomba MOVI65/4 operando ……………………………………………………………………..100


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


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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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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6

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


21/225

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


22/225

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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9

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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10

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.


25/225

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


27/225

13

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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14

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


29/225

15

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.


30/225

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


31/225

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,


34/225

20

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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21

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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22

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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23

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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24

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.


39/225

25

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

tesis simon bolivar sistema de bombeo

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