RIF: G—20005206—6  

“PERFORACIÓN, EQUIPAMIENTO Y ELECTRIFICACIÓN DE POZO PROFUNDO,

CONSTRUCCIÓN DE LÍNEA DE IMPULSIÓN, ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO

Y RED DE DISTRIBUCIÓN PARA SUMINISTRO DE AGUA POTABLE EN LA

COMUNIDAD LOS CASTORES, MUNICIPIO SAN CARLOS, ESTADO COJEDES”

DISEÑO Y CÁLCULO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO

En general existen etapas en el diseño de sistemas de abastecimiento de

agua potable, para lograr el éxito en la construcción y funcionamiento de las

mismas.

La primera etapa en el diseño de un sistema de abastecimiento, es la

determinación de la cantidad de agua que se necesitará de la población,

tomando en consideración las proyecciones del futuro. Después debe

localizarse una fuente segura de agua, que luego será transportada a un

tanque de almacenamiento, el cual alimentará las redes de distribución,

hasta llevar el vital líquido a cada hogar.

1. Proyección de la población

El objetivo consiste en la estimación de las cantidades de habitantes en el

centro poblado con el fin de disponer de un marco referencial que garantice

la objetividad del trabajo. Las proyecciones de las poblaciones se han

generado tomando como base la información publicada tanto por la Oficina

Central de Estadística e informática (OCEI) y el Instituto Nacional de

Estadística (INE), y la utilización del método de cálculo de Crecimiento

Geométrico. Se considera la aplicación de éste método debido a la mayor

similitud con el crecimiento vegetativo, por lo cual su forma de crecimiento

es semejante al rendimiento de un capital a intereses compuesto. Viene

dado por la siguiente ecuación:

Pf=Pi×(1+r)tf−ti

Donde:

Pf = Población Futura.

Pi = Población Inicial (Estimada).

r = Tasa de crecimiento.

ti = Tiempo inicial.

tf= Tiempo final.

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Para efectos de cálculo se tomará la tasa promedio de crecimiento anual

para el Municipio Ezequiel Zamora (Según resultado del Censo 2.001

efectuado por el INE) la cual equivale a 2,8%. Los resultados de tales

proyecciones se presentan partiendo de la población en el año 2.001.

En el caso de estudio se tiene:

Población Inicial = 135 Personas.

Pf=135×(1+0,028)20

Pf = 235 Habitantes.

2. Gastos de diseño:

Con el fin de diseñar la estructura y funcionamiento de las tuberías del

acueducto, es necesario calcular el caudal apropiado, el cual debe combinar

las necesidades de la población de diseño y los costos de la construcción.

Para ello, debe tomarse en cuenta los datos contenidos en la siguiente

tabla:

Consumo típico en función a la temperatura y desarrollo socioeconómico de la zona.

Temperatura CondicionesConsumo

(litros/hab./día)

Menor de 20ºC

Zona Rural. 100 – 150

Poco desarrollo industrial y comercial. 180 – 200

Mayor de 20ºC

Poco desarrollo industrial y comercial.

200 – 250

Desarrollo industrial y comercial importante.

250 – 300

2.1. Caudal Medio ( Q medio):

Q medio = Consumo (L/hab./día) x Población servida.

Q medio = (250 L/hab./día) x 235 hab.

Q medio = 0,68 L/s

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2.2. Caudal Máximo Diario ( Q max diario):

Representa el 70% del gasto de producción del pozo de agua potable y es la

demanda máxima que se presenta en un día del año. Se determina según la

siguiente ecuación:

Q max diario = K1 x Q medio

Donde K1 = 1,3.

Q max diario = 1,3 x 0,68 L/s

Q max diario = 0,88 L/s

2.3. Caudal Máximo Horario ( Q max horario) :

Para la red de distribución deberá considerarse el consumo máximo horario,

el cual corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora

durante un año completo; viene dado por:

Q max horario = K2 x Q medio

Donde K2 = 1,8.

Q max horario = 1,8 x 0,68 L/s

Q max horario = 1,22 L/s

2.4. Caudal de Incendios (Qi):

Adicionalmente al gasto anterior, también deberá contemplarse una

condición de análisis para el caso de un posible incendio, para lo cual debe

determinarse el factor K3 en base de un análisis de probabilidad de

ocurrencia de incendio con distintas horas de consumo, más el gasto

requerido para atender la contingencia de incendio, esto es:

Qi = (K3 x Q medio) + I

Donde:

K3 = 1,5.

I: Caudal por efecto de contingencia, incendios y otros; para ello se toma un

valor de 5 L/s.

Qi = (1,5 x 0,68 L/s) + 5 L/s

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Qi = 6,02 L/s

2.5. Caudal de Bombeo (Q bomb):

En la estación de bombeo interviene una variable adicional que es el

número de horas de bombeo, por lo cual al considerar el crecimiento

poblacional en el período de diseño, el factor asumido para el caso del día

de máximo consumo pudiera ser absorbido mediante una variación del

tiempo de bombeo para el día crítico, logrando diseños más económicos. De

esta manera:

Q bomb = (24/N) x Q medio

Donde N: Número de horas de bombeo = 12 horas.

Q bomb = (24/12) x 0,68 L/s

Q bomb = 1,36 L/s

3. Capacidad del Estanque de Almacenamiento (CTA):

EI estanque de almacenamiento generalmente es el elemento intermedio

entre la fuente (Pozo) y la red de distribución. De su funcionamiento

depende en gran parte el que pueda proyectare y ofrecerse un servicio

continuo a la comunidad. Viene dado por la siguiente ecuación:

CTA = 0,40 x Q medio x día

Así:

CTA=0,40×0,68 Ls×1dia×

24h1dia

×3600 s1h

CTA = 23.500 litros ≈ 24 m3

3.1. Diseño del Estanque de Almacenamiento según la alternativa

planteada:

De acuerdo a las condiciones topográficas del sector, se recomienda la

instalación de un tanque tipo australiano de 24 m3 de capacidad mínima

(Para referencia véase especificación técnica anexa).

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4. Diseño de la línea de impulsión:

Para estaciones de bombeo que no son operadas las 24 horas del día, el

diámetro económico de impulsión viene dado por la siguiente expresión:

Dimp=1,3×λ1/4×Qbomb

1/2

Donde:

D imp = Diámetro de impulsión (m).

Q bomb = Caudal de diseño o de bombeo (m3/s).

λ=Número dehoras debombeo24

=1224

El número de horas de bombeo se estima para 12 horas operativas. Así, el

diámetro económico de impulsión será:

Dimp=0,0403m=1,58 pulg.

Dimp=2 (Diámetro comercial).

4.1. Chequeo de la velocidad media del fluido:

La velocidad del fluido (V) para la impulsión (En longitudes de tuberías

largas) debe estar comprendida generalmente entre 0,65 a 1,50 m/s.

Se sabe que, Q = V x A. De ésta expresión se obtiene:

V=Qbomb

π4×Dimp

2=0,85m /s

Encontrándose este valor en el rango permitido.

5. Selección del equipo de bombeo:

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Para la selección del equipo de bombeo, es necesario determinar las

pérdidas de carga por fricción a lo largo del recorrido del fluido. Para ello, se

utiliza la relación de Hazen – Williams, la cual es:

h f=4,73× L×Q 1,852

C1,852×D 4,87

Donde:

hf : Pérdida de carga debido a la fricción [pie.c.f.].

L: Longitud de la tubería [pie].

Q: Caudal de bombeo [pie3/s].

D: Diámetro interno de la tubería [pie].

C: Coeficiente de Hazen – Williams.

Los valores del coeficiente de Hazen – Williams se encuentran en la

siguiente tabla:

COEFICIENTE DE HAZEN-WILLIAMS PARA ALGUNOS MATERIALESMaterial C Material C

Asbesto cemento 140 Hierro galvanizado 120Latón 130-140 Vidrio 140

Ladrillo de saneamiento 100 Plomo 130-140Hierro fundido, nuevo 130 Plástico (PE, PVC) 140-150

Hierro fundido, 10 años de edad 107-113 Tubería lisa nueva 140Hierro fundido, 20 años de edad 89-100 Acero nuevo 140-150Hierro fundido, 30 años de edad 75-90 Acero 130

Hierro fundido, 40 años de edad 64-83 Acero rolado 110Concreto 120-140 Lata 130

Cobre 130-140 Madera 120Hierro dúctil 120 Hormigón 120-140

5.1. Pérdidas de carga en la impulsión:

Para determinar la caída de presión a lo largo de la impulsión es necesario

conocer la profundidad de perforación del pozo, éste parámetro depende

tanto de la empresa contratada para la ejecución del proyecto como las

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condiciones hidrológicas de la zona. Para efectos de cálculo se estima un

valor de 100 metros, suponiendo que la colocación de la bomba se

encuentra a 29,4 metros por encima de la punta de lápiz (Fondo del pozo) y

que el nivel de bombeo es de 36 metros, se utiliza el método de la longitud

equivalente, resultando:

Cantidad

Tipo de AccesorioLong.

Equiv. (m)

Long. Equiv. Total

(m)

1 Válvula de Compuerta (H.F.) 0,36 0,36

2 Válvula de Retención (Check H.F.) 5,8 11,6

1 Codo Normal 90º (H.F.) 1,68 1,68

2 Codo 45º (H.F.) 0,76 1,52

1 Longitud total de Tubería (A/C) 70,6 70,6

1 Long. de tub. By-Pass/Tanque (PVC) 184 184

1 Longitud total de Tubería (H.G.) 6 6

1 Longitud total de Niples (A/C) 0,4 0,4

Total acc. y tub. = 276,16

h f (A /C−H . F.)=0,87m

h f (H .G.)=0,07m

h f (PVC )=1,85m

h f total=2,79m

5.2. Altura Estática de Bombeo:

La Altura Estática de bombeo va a ser igual a la diferencia de cota entre el

nivel de bombeo y el nivel de descarga (By-Pass) más la diferencia de cota

entre el nivel de descarga (By-Pass) y la altura de entrada al tanque, es

decir:

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Altura Estática = 64 m + 36 m = 100 m

5.3. Carga Dinámica Total (CDT):

Con los valores hf total y Altura Estática se determina la Carga Dinámica Total,

resultando lo siguiente:

CDT = 2,79 m + 100 m

CDT = 102,79 m ≈ 103 m

5.4. Equipo de Bombeo:

Con los valores de Q bomb = 1,36 L/s y CDT = 103 m, se recomienda el uso

de una bomba sumergible marca Goulds modelo 25GS50, acoplada a un

motor sumergible marca Franklin Electric de 4” de diámetro, 5 HP, trifásico,

230 Voltios, 3450 RPM y 60 Hz.

El equipo de bombeo ha sido diseñado de acuerdo a las condiciones

existentes en la zona; sin embargo, se deberán hacer los reajustes

necesarios en campo en función a las características hidráulicas del pozo. La

bomba debe tener la capacidad de vencer la carga dinámica total y el

caudal diseñado para tal situación.