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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

MEXICO D.F., OCTUBRE DEL 2014.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

"PROPUESTA TÉCNICO – ECONÓMICA PARA LA HABILITACIÓN DE POZOS PROFUNDOS DEL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE EN LA CIUDAD

DE MINATITLÁN, VERACRUZ”

TESIS TRADICIONAL QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA:

CERVANTES GÓMEZ ALBERTO ALEJANDRO

ASESORES

ING. CARLOS HERNÁNDEZ MIRANDA M. en C. ANDRÉS QUINTERO MIRANDA

PROPUESTA TÉCNICO – ECONÓMICA PARA LA HABILITACIÓN DE POZOS PROFUNDOS DEL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE EN LA CIUDAD DE MINATITLÁN, VERACRUZ.

ÍNDICE

Justificación ....................................................................................................... 7

Introducción ....................................................................................................... 9

Capítulo I: Generalidades

1.1 Antecedentes Históricos de la Región ............................................ 13

Localización Geográfica .................................................................. 15

Límites ............................................................................................ 15

Ubicación ........................................................................................ 16

Hidrografía ...................................................................................... 18

Corrientes ....................................................................................... 18

Lagos y Lagunas ............................................................................ 18

Clima ............................................................................................... 19

Orografía ......................................................................................... 19

Flora y Fauna .................................................................................. 22

Economía ........................................................................................ 22

Población ........................................................................................ 23

Crecimiento de la población ............................................................ 24

Tipo de Suelo .................................................................................. 25

1.2 Nociones de Hidrogeología ............................................................. 26

Distribución Vertical de las Aguas Subterráneas ............................. 27

Acuífero ........................................................................................... 28

Tipos de Acuífero ..................................................................... 29

1.3 Tipos de Pozos ................................................................................ 32

1.4 Panorama Actual del Sistema ......................................................... 34

Pozo Profundo ................................................................................ 34

Diámetro del Ademe ....................................................................... 35


Profundidad del Pozo ...................................................................... 35

Niveles de Bombeo ......................................................................... 36

Nivel Estático (NE) .................................................................. 36

Nivel Dinámico (ND) ............................................................... 36

Abatimiento ............................................................................. 36

Aforo ........................................................................................ 36

Conducción ..................................................................................... 36

1.5 Consumo Actual y Fuentes de Abastecimiento .............................. 39

Capítulo II: Ingeniería Básica

2.1 Descripción del Equipo Existente .................................................... 43

2.2 Antecedentes del Sistema de Bombeo ........................................... 44

2.3 Pérdida de Carga en un Sistema de Bombeo ................................ 45

Pérdidas Primarias (hL) ................................................................... 45

Cálculo de Pérdidas Primarias ....................................................... 45

Pérdidas Secundarias (hrs) ............................................................. 46

Cálculo de Pérdidas Secundarias ................................................... 46

2.4 Determinación de Cargas en un Sistema de Bombeo .................... 49

Cargas Estática de Descarga (hd) .................................................. 49

Carga Estática de Succión Negativa (-hs) ...................................... 49

Carga Estática de Succión Positiva (hs) ......................................... 50

Carga Estática Total (hT) ................................................................ 50

Carga Equivalente (heq) .................................................................. 51

2.5 Carga de velocidad ......................................................................... 52

2.6 Carga de Presión ............................................................................ 52

2.7 Carga Dinámica Total (hA o CDT) ..................................................... 52

2.8 Carga Neta Positiva de Succión (NPSH) .......................................... 54


Caso I: Tanque con Carga de Succión hs ....................................... 56

Caso II: Tanque Cerrado con Carga de Succión -hs ....................... 57

Caso III: Tanque Abierto con Carga de Succión Negativa -hs ........ 57

2.9 Factores Indeseables en un Sistema de Bombeo ............................ 58

Golpe de Ariete ............................................................................... 58

Cavitación ....................................................................................... 59

Sumergencia .................................................................................. 60

2.10 Potencia .......................................................................................... 62

Potencia Hidráulica (Ph) .................................................................. 62

Potencia al Freno (Pa) .................................................................... 62

Potencia Eléctrica (Pe) .................................................................... 62

2.11 Descripción de un Sistema de Bombeo .......................................... 63

Colador ........................................................................................... 63

Tazón ............................................................................................. 63

Cuerpo de Tazones ........................................................................ 63

Columna ......................................................................................... 64

Flecha de Línea .............................................................................. 64

Cabezal de Descarga ..................................................................... 64

2.12 Bomba Vertical Tipo Turbina, Bomba de Pozo Profundo y

Bomba Sumergible ......................................................................... 66

2.13 Propuesta Técnica .......................................................................... 67

Propuesta de Conducción .............................................................. 71

Regulación ..................................................................................... 79

Capítulo III: Cálculo, Desarrollo y Selección de Equipos Hidráulicos

3.1 Determinación de la Población del Proyecto .................................. 84

Método Aritmético ........................................................................... 88

Método Geométrico ........................................................................ 89

Método Malthus .............................................................................. 91


Método Geométrico por Porcentaje ................................................ 93

3.2 Demanda Actual ............................................................................. 97

3.3 Gasto Actual Suministrado ............................................................. 98

3.4 Datos Para los Cálculos y Desarrollo del Proyecto ......................... 101

3.5 Memoria de Cálculo ........................................................................ 103

Cálculo del Caudal ......................................................................... 103

Cálculo de Velocidades (v1 y v2) ..................................................... 103

Cálculo de la Rugosidad Relativa ................................................... 104

Cálculo del Número de Reynolds (Re) ........................................... 105

Cálculo del Coeficiente de fricción (f) con la Ecuación

Modificada de Colebrook – White .................................................. 105

Cálculo de Longitudes L y Le .......................................................... 107

Cálculo de Pérdidas Primarias y Secundarias ................................ 107

Cálculo de la Altura Geodésica ...................................................... 108

. Cálculo de la Carga de Velocidad .................................................. 109

Cálculo de la Carga Dinámica Total (hA) ........................................ 109

Cálculo de la Carga Neta Positiva de Succión (NPSH) .................. 110

Cálculo de las Potencias ................................................................ 111

Cálculo de la Potencia Hidráulica (Ph) ............................. 111

Cálculo de la Potencia de Accionamiento (Pa) ................ 112

Cálculo de la Potencia Eléctrica (Pe) ............................... 112

Cálculo de la línea de conducción .................................................. 113

Volumen del tanque de regulación ................................................. 123

3.6 Selección de la Bomba ................................................................... 128

3.7 Datos de la Bomba Seleccionada ................................................... 129

Capítulo IV: Análisis Económico del Proyecto

4.1 Análisis FODA ................................................................................ 130

4.2 Cotización del Equipo y Accesorios ................................................ 134


4.3 Costo – Beneficio ............................................................................ 134

Conclusiones ..................................................................................................... 136

Recomendaciones Principales ................................................................ 137

Glosario .......................................................................................................... 138

Bibliografía ........................................................................................................ 149

Anexos .......................................................................................................... 151


CERVANTES GÓMEZ ALBERTO ALEJANDRO 7

Justificación

Debido a que el agua es un recurso natural que se ha vuelto escaso con la

creciente población mundial, su disponibilidad en varias regiones habitadas por el

hombre varía de acuerdo al desarrollo urbano de cada lugar, por ejemplo, en los

desiertos, en comunidades lejanas a las ciudades, es los países pobres y en

regiones densamente pobladas.

Los mantos acuíferos superficiales y subterráneos son las principales fuentes de

abastecimiento de agua en el mundo. De esta forma la lluvia desempeña un papel

importante en la recarga de los mantos acuíferos ya que, al escurrir por la

superficie del suelo, se infiltra directamente en el subsuelo hasta llegar a ellos.

Actualmente, el volumen de agua que se extrae de los acuíferos es mayor que la

que se recupera naturalmente por la lluvia, y muchas veces el agua que se genera

no puede ser captada y utilizada en su totalidad debido a las ineficientes

infraestructuras hidráulicas.

México es un país rico en recursos hídricos; obtiene el agua que consume la

población de fuentes tales como ríos, arroyos y mantos de agua subterráneos.

Estos acuíferos se recargan de forma natural en época de lluvias y por

escurrimientos constantes. Particularmente, Veracruz cuenta con el doble de la

media nacional de precipitaciones pluviales, que son del orden de 1 488

milímetros anuales, por lo cual el estado y las regiones cuentan con una cobertura

hídrica sin precedentes.

Así mismo, los municipios del sur de Veracruz cuentan con la cantidad suficiente

de agua, pero la infraestructura hidráulica se ha visto rebasada por el crecimiento

desmesurado de la población, por la falta de mantenimiento continuo y por la falta

de inversiones y proyectos hidráulicos.



Es por esto que, ante la necesidad de suministrar agua potable y cumplir la

demanda requerida para el municipio de Minatitlán, Veracruz, se requiere la

evaluación de un proyecto que conciba un plan técnico – económico proyectado

para el año 2035, para poder asegurar el abasto necesario del vital líquido de una

manera continua.



Introducción

El agua es la sustancia que más abunda en la Tierra y es la única que se

encuentra en sus tres estados: líquido, sólido y gaseoso; es inodora, incolora e

insípida. Su composición química se basa en dos moléculas de hidrógeno y una

de oxígeno, y la mayor reserva de ella está en los océanos, que contienen el

97.5 % del agua que existe en la Tierra. Se trata de agua salada, que sólo permite

la vida de la flora y fauna marina. El resto (2.5 %) es agua dulce, pero no toda está

disponible, gran parte permanece siempre congelada, formando los casquetes

polares y los glaciales.

El agua es indispensable para la vida, porque ningún organismo sobrevive sin ella;

es un constituyente esencial de la materia viva y la fuente de hidrógeno para los

organismos. Los seres vivos están formados en su mayor parte por agua. Las

plantas realizan la fotosíntesis a partir de agua y sus raíces captan los nutrientes

cuando están disueltos en agua. La savia, que es una solución dentro de las

plantas, distribuye la sustancia orgánica en el interior de ellas. En los humanos y

animales, el agua participa en importantes reacciones bioquímicas que se

desarrollan dentro de las células. Además, disuelve y transporta las sustancias

necesarias para la alimentación celular y las sustancias tóxicas que el organismo

expulsa en forma de sudor y orina.

El agua dulce es imprescindible para la vida, pero la cantidad disponible es escasa

y su distribución desigual, además, varía a lo largo del año y está sujeta a cambios

provocados por la actividad humana. Los usos más importantes están

relacionados con la agricultura y el aprovechamiento de los procesos industriales y

el consumo doméstico. Su demanda se ha incrementado notablemente con el

crecimiento de la población. Por ejemplo, en las últimas décadas se han

multiplicado las áreas agrícolas dependientes del riego para la producción de

alimentos. Las industrias y actividades mineras la emplean para el lavado,



enfriamiento, dilución, remojo, procesamiento, eliminación de productos de

desecho, etc.

Mientras que en muchos lugares el agua limpia y fresca se da por hecho, en otros

es un recurso escaso debido a la contaminación de sus fuentes.

Aproximadamente 1 100 millones de personas, es decir, el 18 % de la población

mundial, no tienen acceso a fuentes seguras de agua potable, y más de 2 400

millones de personas carecen de saneamiento adecuado. En los países en

desarrollo, más de 2 200 millones de personas, la mayoría de ellos niños, mueren

cada año a causa de enfermedades asociadas con la falta de acceso al agua

potable, saneamiento inadecuado e insalubridad. Además, gran parte de las

personas que viven en regiones en desarrollo sufren de enfermedades causadas

directa o indirectamente por el consumo de agua o alimentos contaminados o por

organismos portadores de enfermedades que se reproducen en el agua, como el

cólera. Con el suministro adecuado de agua potable y de saneamiento, la

incidencia de contraer algunas enfermedades y consiguiente muerte podrían

reducirse hasta en un 75 por ciento.

La carencia de agua potable se debe tanto a la falta de inversiones en sistemas de

agua como a su mantenimiento inadecuado. Cerca del 50 % del agua en los

sistemas de suministro de agua potable en los países en desarrollo se pierde por

fugas, conexiones ilegales y vandalismo. En algunos países, es altamente

subsidiada para aquellos conectados al sistema, generalmente personas en una

mejor situación económica, mientras que la gente pobre que no está conectada al

sistema depende de vendedores privados costosos o de fuentes inseguras.

La mayor parte del agua dulce (aproximadamente el 70 % del líquido disponible

mundialmente), se utiliza en la agricultura. Sin embargo, la mayoría de los

sistemas de irrigación son ineficientes: pierden alrededor del 60 % del agua por la

evaporación o reflujo a los ríos y mantos acuíferos. La irrigación ineficiente

desperdicia el agua y también provoca riesgos ambientales y de salud, tales como

la pérdida de tierra agrícola productiva debido a la saturación, un problema grave



en algunas áreas del sur de Asia; asimismo, el agua estancada provoca la

transmisión de la malaria. En la tabla 1 se muestra la distribución del agua en el

planeta.

Tabla 1 Distribución de agua en el planeta.

Adicional al problema, también hay efectos sobre el clima por la escases del vital

líquido. La reducción de acuíferos o sobreexplotación y bombeo de agua aumenta

la cantidad total de agua de la hidrósfera y los procesos de evaporación, lo que

provoca acumulación de vapor de agua y nubes. La adición de agua al sistema

tiene un efecto sobre el sistema de obligar a toda la tierra a absorber más. Por

ende es la escasez de agua, un problema mundial de todos nosotros.

En nuestros días, los proyectos de ingeniería son cada vez más complejos debido

al avance de la tecnología. Constantemente hay nuevos inventos e innovaciones

que cumplen la función de ayudarle al hombre a facilitar su trabajo y vivir

cómodamente con el mínimo esfuerzo. Los ingenieros mecánicos, deben de ser

profesionales en el momento de proponer y/o desarrollar alguno, ya que al



desafiar a la naturaleza, muchas veces puede ser tan benéfico como

contraproducente.

Para el ingeniero mecánico en el área hidráulica, existe la toma de decisiones y de

rutas para la adquisición de equipos y elementos necesarios para el desarrollo de

los proyectos. Por esa razón, es importante la adquisición de los mejores equipos

y opciones para lograr el éxito que cada proyecto requiere y con la menor

inversión posible.

Basado en los estudios socioeconómicos de los diferentes estratos sociales de la

población, es necesario aplicar mejores técnicas y procedimientos para el máximo

aprovechamiento y el uso de un sistema de agua potable, por lo que se hace

necesaria una innovación al sistema hidráulico local.

La finalidad de este proyecto es determinar procedimientos prácticos para el

planteamiento de soluciones adecuadas a diferentes problemas en relación con el

suministro de agua potable. Conocer los lineamientos que se deben seguir al

proyectar un sistema proporcionando un conocimiento general sobre los aspectos

mínimos necesarios, así como también una aplicación práctica para un

mantenimiento permanente de este equipo, aunado a los planes existentes del

mantenimiento general, entre otros.

Es por eso que se propone la selección de equipos de bombeo (bombas, motores

eléctricos, tuberías, accesorios, etc.) en su primera etapa, así como también un

programa de mantenimiento para estos equipos, sumado a planes ya propuestos y

en uso para garantizar la operación continua.

Se pretende de igual forma que esta solución no sea un caso particular, sino servir

de ejemplo en todos aquellos problemas semejantes a este, siendo punta de lanza

para la detonación de más proyectos para el municipio de Minatitlán, Veracruz.



Capítulo I

Generalidades

En este capítulo se mostrarán algunos aspectos históricos de la región sur de

Veracruz, donde se encuentra enclavada la ciudad de Minatitlán, y como se ha

desarrollado a lo largo del tiempo, desde el establecimiento de la cultura Olmeca,

hasta nuestros días, y cómo ha sido punto de referencia económica política y

social para ello. También se explicarán algunos conceptos importantes para

introducir de lleno al tema central de estudio, haciendo referencia de los recursos

naturales renovables con los que cuenta.

1.1 Antecedentes históricos de la región

La cultura Olmeca fue una civilización que habitó en las tierras bajas del centro-

sur de México, durante el periodo Preclásico Medio, abarcando la parte sureste del

estado de Veracruz y el oeste de Tabasco conocida como Llanura Costera del

Golfo de México, comprendida entre los ríos Papaloapan y Grijalva ocupando un

área de 18.000 kilómetros cuadrados, y se desarrollaron entre los años 1200 a.C.

hasta alrededor del año 400 a. C.

Fig.1 Zona Olmeca, entre los ríos Papaloapan y Grijalva



Minatitlán, es cabecera del municipio del mismo nombre, fue un puerto de altura

a orilla del río Coatzacoalcos.

De 1731 a 1735, Minatitlán contaba con numerosos aserraderos y era conocido

como «Paso de la Fábrica» , siendo en este lugar donde se construyó

un astillero y el primer navío que se llamó “Nueva España”; ya existía Tacoteno,

lugar por donde pasó Hernán Cortes en su viaje a las Hibueras; por razones

de fonética lo llamó Tlacotenco.

En 1826, Tadeo Ortiz fundó el pueblo de Minatitlán, con una fracción de terreno

que cedió Francisco de Lara y Vargas habitante del municipio de Chinameca,

Veracruz. En 1829, Minatitlán se especializa en la venta

de ganado y madera como principales productos. En 1830 se reciben a 836

ciudadanos franceses en 10 viajes, para colonizar la ribera del río Coatzacoalcos,

los cuales se asentaron en la zona.

El 25 de julio de 1852, se otorga a Minatitlán la escritura de su fundo legal por el

señor. Francisco de Lara y Cervantes, en representación de su padre Francisco

de Lara y Vargas, que en total, dona 105 hectáreas de su propiedad. En 1853

Antonio López de Santa Ana, decreta que Minatitlán se convierta en Villa y

Cabecera del territorio de Tehuantepec, rango que conserva hasta febrero de

1857. Se convierte en cabecera de Cantón hasta 1917, cuando se promulga la

Constitución Mexicana.

En 1901 la empresa Pearson & Son LTD, inicia las exploraciones de petróleo en la

congregación de Emilio Carranza, perteneciente al municipio de Minatitlán. El 5 de

Septiembre de 1910 con el motivo de la celebración del Centenario de la

Independencia, se firma el decreto que eleva al rango de ciudad la Villa de

Minatitlán.

Etimológicamente, Minatitlán es un neologismo náhuatl: Mina, saeta o flechas y

titlán, lugar o tierra de, por consiguiente, significa “Tierra de Flechadores”.

http://es.wikipedia.org/wiki/Chinameca



Localización geográfica

El municipio de Minatitlán, está enclavado en la región sur del Estado de Veracruz,

en la región conocida como “El Istmo”. A continuación se muestra la ubicación del

municipio en el mapa del Estado.

Fig. 2 Municipio de Minatitlán, Veracruz

Límites

Limita al norte con el municipio de Coatzacoalcos y Cosoleacaque; al noreste

con el municipio de Ixhuatlán del Sureste, al este con Moloacán y Las Choapas, al

sur con Uxpanapa, y al suroeste con los municipios de Hidalgotitlán y Jáltipan de

Morelos.



Fig.3 Colindancias del Municipio de Minatitlán, Veracruz

Ubicación

El municipio de Minatitlán, está localizado en las coordenadas Latitud 17º 59’ 00’’

Norte y Longitud 94º 33’ 38’’ Oeste con respecto al Meridiano de Greenwich. Se

encuentra a 40 metros sobre el nivel del mar (msnm) con extensión

territorial 4,123.91 km2, cifra que representa el 5.66% total del estado de

Veracruz.

El acceso al municipio puede hacerse desde la Ciudad de México, tomando la

carretera federal 150D (Autopista México – Puebla, Córdoba – Puebla, Córdoba –

Veracruz) y la carretera federal 145D (Autopista Córdoba – Minatitlán) con una

distancia de 589 km entre ciudad y ciudad; existen de igual forma itinerarios de

varias aerolíneas comerciales que tiene vuelos programados entre el Distrito

Federal y Minatitlán diariamente.



Fig. 4 Extensión de la zona urbana de Minatitlán, clasificada por barrios.



Hidrografía

Actualmente la población de Minatitlán tiene dos fuentes de abastecimiento, una

superficial y una subterránea. La superficial corresponde a la captación de parte

de los escurrimientos superficiales del río Tezizapan y Ocotal mediante la presa

derivadora Yuribia, que se encuentra localizada en la sierra de San Pedro

Soteapan, en el km. 3 de la cabecera municipal de Tatahuicapan de Juárez, Ver.

La subterránea está determinada por el aprovechamiento del manto acuífero que

subyace a la ciudad de Minatitlán, a través de pozos profundos ubicados dentro de

la mancha urbana.

La micro cuenca del río Tezizapan-Huazuntlán, es de vital importancia, ya que su

ubicación estratégica enclavada en la Sierra Santa Marta, dentro de la reserva de

la biosfera de los Tuxtlas, la hace importante por la captación de agua para la

presa Yuribia.

Corrientes

El municipio cuenta con abundante red de corrientes fluviales, destacando los ríos

Coatzacoalcos, Uxpanapa y Coachapa arroyos, lagunas y pantanos tributarios del

río Coatzacoalcos. Cada año, las abundantes lluvias en la región causan

desbordes y afectan gran parte del territorio municipal, especialmente la población

asentada a orillas de caudales en comunidades de su extensa área rural.

Lagos y lagunas

Las lagunas que sobresalen en el área son las de Sontecomapan, del Ostión,

Tortugueros, Presa Cangrejera y canales naturales.

No existen lagos, únicamente lagunas de regular Importancia que limitan la

navegación a cayucos y embarcaciones menores de poco calado.



Clima

Generalmente, el clima que predomina es cálido húmedo, con temperatura media

anual de 28°C; con lluvias abundantes en verano y principios de otoño; en los

meses de Mayo y Junio se registran las temperaturas más altas, de 42 a 44°C; en

invierno, en los meses de Enero y Febrero principalmente, las temperaturas más

bajas no rebasan los 14°C. El municipio presenta diversos subtipos climáticos,

determinados por la variación ambiental de la sierra, que produce un efecto de

sombra pluviométrica hacia las llanuras del Oeste, las laderas Este atrapan la

humedad proveniente del Golfo de México, por lo que se presentan precipitaciones

de 3,000 a 4,000 mm anuales.

Orografía

El municipio se encuentra ubicado en la zona Ístmica del Estado; la mayor parte

de su suelo es de extensas llanuras propicias para la agricultura y ganadería, así

como también cuenta con una vasta zona selvática, enclavada en las áreas

montañosos del área rural en la parte Sureste, donde hay una rica biodiversidad,

que es verdadero atractivo para el turismo de aventura y diferentes actividades

como rapel, tirolesa y fotografía, investigación, etc. En la siguiente figura se

mostrará el relieve del Estado de Veracruz y de la región de Minatitlán.



Fig. 5 Mapa de la zona orográfica del estado de Veracruz – Llanura Costera del Golfo Sur.



Fig. 6 Minatitlán, Veracruz se encuentra al sur del Estado de Veracruz, en el área llamada

Llanura Costera del Golfo



Flora y fauna

Aquí podremos encontrar una gran variedad de árboles, como son algunas por

mencionar: caoba, cedro rojo, ceiba, guayacán y chaca; chicozapote, majagua,

jobo y pimienta gorda, palma camedora, hoja fresca, molinillo, cedrillo, el jobo,

tzitsum, matamba, palo mulato, alacrán, ramón colorado, huichichi, entre otros.

Asimismo en cuanto a flora, frutos silvestres y plantas se ha detectado en este

Corredor Biológico, diversas variedades de orquídeas, tulipanes, bromelias, higos,

hongos, pomelos, maracuyá, mamey, zapote, guanábanas, plantas epífitas,

trepadoras y estranguladoras.

Con respecto a la fauna sobresalen: jabalí, tigrillo, faisán, guacamaya, tucán,

jaguar, nutria (perros de agua) y el puma, y de especies de aves en peligro de

extinción como, pericos, faisanes, búhos y loros, entre otros.

Economía

La base económica del municipio y/o región se basa en la industria petrolera, ya

que aquí se concentra la Refinería más grande de Pemex “General Lázaro

Cárdenas del Río” (hasta 2004), produciendo 185 000 (bpd) de Petróleo Crudo

solo detrás de las Refinerías “Antonio Dovalí Jaime” de Salina Cruz, Oaxaca y

“Miguel Hidalgo” de Tula de Allende, Hidalgo y la más antigua del país y la

Latinoamérica, fundada en 1906.

Cuenta con grandes plantas productoras de gas industrial, productos químicos,

medicinales y fertilizantes, embotelladoras y centros de distribución regional.

También hay una Central de Abastos Regional y seis mercados populares;

infraestructura hotelera con 4 y 3 estrellas.

Sin dejar a un lado, también este municipio cuenta con actividad de ganadería,

pesca y explotación forestal.



Población

Día con día el crecimiento de población va en aumento de una forma aplastante

para cualquier región del mundo y Minatitlán no es la excepción. Para ello es

necesario crear planes y programas de desarrollo urbano y esto conlleva al uso

de servicios básicos como agua potable y alcantarillado. Derivado de la

experiencia y la historia, este municipio se encuentra en constante crecimiento ya

que es una zona industrial petrolera, por lo que ha provocado un constante

crecimiento en la población, aunque en la mayoría de las veces, gran cantidad de

la gente que llega solo está de paso, pero en algunas ocasiones se queda a

radicar y es necesario tomar esta variable para el cálculo del proyecto. A

continuación, se presentará un cuadro comparativo de crecimiento de población

donde se expondrá cuál ha sido la tendencia o tasa de crecimiento de los últimos

años.

Tabla 2 Taza de crecimiento de población en Minatitlán, Veracruz.

De acuerdo al último censo realizado por el Instituto Nacional de Estadística y

Geografía, INEGI (2010), Minatitlán cuenta con 157,840 habitantes distribuidos en

43,070 hogares con un total de 3.6 hab/hogar. De acuerdo con datos obtenidos de

la Oficina Técnica de la Comisión Municipal del Agua (CMAS – CAEV), se tienen

registrados 31,462 tomas de agua potable.

1990 1995 2000 2005 2010

195,523 hab. 202,965 hab. 153,001 hab. 151,983 hab. 157,840 hab.



Crecimiento de la población

Los factores que inciden directamente y que se consideran como el crecimiento de

población son varias y se reflejan directamente para los cálculos de este trabajo;

por ejemplo,

Temporada de estiaje.

Creación y ampliación de colonias.

Periodos de calor (aquí se consume más agua y por ende se requiere más

gasto).

Fallas en el sistema de tuberías (Fugas de agua).

Fallas en el sistema Yuribia

Lodos y Contaminación

Etc.

La necesidad que llevo a cabo a pensar y planear este proyecto es debido a que

desde su puesta en marcha de la presa Yuribia (1984), el sector campesino y

obrero – popular ha visto en sus instalaciones una forma de llamar la atención de

los gobiernos municipales y el estatal, privando del vital líquido a la población del

sur del estado. De esta forma presionan para que sean escuchados y sus

demandas sean cumplidas por las autoridades. Es aquí donde radica el objetivo

general de buscar alternativas para el suministro de agua a las ciudades. Para

Minatitlán, parte de su acervo hidráulico proviene de pozos profundos. En la

actualidad, la Comisión Municipal del Agua cuenta con 12 pozos profundos

trabajando a diferentes capacidades y a diferentes profundidades, que varían

desde los 86 m hasta los 240 m; algunos están pronto a desaparecer, ya que les

hace falta mantenimiento y como es equipo viejo y con tecnología obsoleta, que

con algún derrumbe pueden dejar de ser útiles. Por eso, este trabajo propone la

perforación de 6 pozos más, que aunados a los que están trabajando, podrían

ayudar en suministrar el caudal necesario para el uso diario requerido por medio

de equipos y tecnología de última generación.



Tipo de suelo

La clasificación de los suelos se realiza por el tamaño de las partículas que lo

componen, es decir la “Composición Granulométrica”, el Límite Líquido y el Índice

de Plasticidad, dicha clasificación es realizada por la entidad AASHO (American

Association of State Highway and Transportation Officials) o Asociación Americana

de Oficiales de Carreteras Estatales y Transportes.

En el cuadro siguiente se presenta la clasificación de las partículas del suelo, las

que se clasifican en consideración a su diámetro.

Tabla 3 Tipo de partícula y diámetro de las partículas del suelo



1.2 Nociones de hidrogeología

Aguas subterráneas

Generalidades

El agua que se infiltra en el suelo se denomina agua subsuperficial, pero no toda

se convierte en agua subterránea. Tres son los hechos fundamentales que tienen

relación con esta agua. Primero, que puede ser devuelta a la superficie por

fuerzas capilares y evaporada hacia la atmósfera, ahorrándose así gran parte de

su recorrido dentro del ciclo hidrológico descrito. Segundo, que puede ser

absorbida por las raíces de las plantas que crecen en el suelo, ingresando de

nuevo a la atmósfera, a través del proceso de la evaporación. Tercero, que la que

se ha infiltrado profundamente en el suelo, puede ser obligada a descender por la

fuerza de gravedad hasta que alcance el nivel de la zona de saturación que

constituye el depósito de agua subterránea y que abastece de la misma a los

pozos.

Las aguas de infiltración penetran en el suelo y el subsuelo. Para el estudio de las

aguas subterráneas el suelo y el subsuelo no pueden ser separados y constituyen

un complejo único.

Es preciso conocer que, desde el punto de vista geohidrológico, existen dos

grandes tipos de rocas:

Las rocas con permeabilidad de intersticios o de pequeña permeabilidad,

como las arenas y las gravas.

Las de permeabilidad de fisuras o de gran permeabilidad, donde el tipo

predominante es la roca calcárea.

Siendo una formación permeable aquella que además de ser porosa, tiene los

poros conectados entre sí, por lo que permite que se almacene agua y se



desplace a través de ella.

Distribución vertical de las aguas subterráneas

Para comprender las manifestaciones del agua subterránea, se requiere estudiar

la distribución vertical de ésta dentro de los materiales geológicos

subsuperficiales. A mayor o menor profundidad todos los materiales de la corteza

terrestre, son normalmente porosos. Los poros o aberturas pueden encontrarse

parcial o totalmente saturados de agua.

Fig. 7 Distribución del agua subterránea en el planeta.



a) Zona de aireación

Es el estrato superior, en donde los poros o aberturas están sólo parcialmente

llenos de agua. Esta zona se divide en tres franjas:

La humedad del suelo. Es importante para la agricultura, puesto que

suministra el agua necesaria para el crecimiento de las plantas.

La franja intermedia. Escapa del alcance de la raíces de la mayoría de las

plantas. Su espesor varía de acuerdo con los tipos de suelo y de la

vegetación.

La franja capilar: Sólo en algunos casos las raíces de las plantas alcanzan

esta franja. El espesor de esta franja varía en razón inversa a la

granulometría y depende del tamaño de los granos del material.

b) Zona de saturación

Se encuentra por debajo de la zona de aireación, los poros o aberturas se

encuentran completamente llenos de agua. También se le llama zona de agua

sostenida. Es el dominio de las aguas subterráneas pudiendo alimentar los pozos

y las fuentes. Las aguas de infiltración se localizan en esta zona, llamaremos a

esta zona de saturación Capa o Manto Acuífero.

La parte superior, límite de la zona de saturación es una superficie de equilibrio, la

presión del agua es igual, en todos los puntos, a la presión atmosférica; es la

superficie libre de las aguas subterráneas o Nivel Freático.

Podemos decir entonces que la zona de saturación es aquella comprendida bajo

el nivel freático.

Acuífero

Se llama formación acuífera a cualquier estrato geológico capaz de almacenar y

transmitir agua. Por consiguiente, para que un pozo produzca agua se necesita

que esté en contacto con una formación acuífera.



Las formaciones ígneas y metamórficas por lo general no dan paso al agua debido

a que son poco permeables. Estas formaciones sólo permiten el paso del agua a

través de grietas o canales formados en ellas.

Las rocas y formaciones de tipo sedimentario constituyen la mayoría de los

acuíferos, debido a que son los más porosos y las más permeables.

Por lo tanto, definimos a un acuífero como una capa superior del agua

subterránea.

Tipos de acuífero

a) Acuíferos de nivel freático

Son los acuíferos que tienen la parte superior del agua contenida en ellos a

presión atmosférica. En los pozos perforados en estos acuíferos se encuentra el

agua tan pronto como se llegue a la zona saturada, constituyendo este nivel de

saturación al nivel estático del agua.

b) Acuíferos artesianos

Son los acuíferos que tienen el agua sometida a presión por encontrarse entre dos

capas impermeables que la confinan. Cuando al hacer una perforación se rompe

la capa confinante superior, el agua sube hasta el nivel estático, que está

determinado por un agente de recarga (río, lago, escurrimiento, etc.) en contacto

con el acuífero.

Funciones del acuífero

Las funciones más importantes que realiza un acuífero son dos: almacenar agua y

conducir agua. Este almacena agua sirviendo como depósito y transmite agua

como lo hace un canal. Los poros o aberturas de una formación acuífera le sirven

tanto de espacio de almacenamiento como de red de conducción.



El agua subterránea se mueve constantemente a través de distancias extensas y

desde las áreas de carga hacia las de descarga. El desplazamiento es muy lento

con velocidades que se miden en metros por día o metros por año. Como

consecuencia de ello y del gran volumen que su porosidad representa, un acuífero

tiene grandes cantidades de agua de almacenamiento.

En la tabla 6 se resumen algunas características de los acuíferos artesianos y

freáticos.

Tabla 4 Características de los acuíferos artesianos y freáticos.



Fig. 8 Localización de los mantos acuíferos artesianos y freáticos.



1.3 Tipos de pozos

Un pozo de agua es una obra de captación vertical que permite la explotación del

agua freática o manto freático contenida en los intersticios o las fisuras de una

roca del subsuelo, en lo que se denomina acuífero. El agua puede llevarse hasta

el nivel del suelo de manera sencilla con ayuda de un recipiente (una cubeta, por

ejemplo) o más fácil o comúnmente con una bomba sumergible o de pozo

profundo. Los pozos y las perforaciones presentan una gran diversidad en

sus profundidades, volúmenes de agua y pureza de la misma.

Hasta donde se tiene conocimiento, fueron los persas los que construyeron

túneles y pozos para interceptar fuentes de agua subterránea. Los egipcios y

chinos llegaron a estar en la capacidad de hacer agujeros para obtener agua

subterránea (2100 a.C.).

El pozo más famoso de la antigüedad, ubicado en el Cairo, fue construido por Josué y es conocido como el “Pozo de Josué”.

Para el Siglo XII, en la zona conocida como Artois, Francia, la tecnología de perforación de pozos avanzó considerablemente; de esta región es de donde deriva el término artesiano.

La ciencia de la perforación a gran profundidad recibió un gran impulso en la región de Passy, cerca de París, Francia en el año 1857, alcanzando los 587 m de profundidad.

Los pozos se clasifican en cinco tipos de acuerdo con el método de construcción:

1. Pozo excavado

Es aquel que se construye por medio de picos, palas, etc., o equipo para excavación. Son de poca profundidad y se usan donde el nivel freático se encuentra muy cercano a la superficie. Su principal ventaja es que pueden construirse con herramientas manuales, además su gran diámetro proporciona una considerable reserva de agua dentro del pozo mismo.



2. Pozo taladrado

Aquel en que la excavación se hace por medio de taladros rotatorios, ya sean

manuales o impulsados por fuerza motriz. Su principal ventaja es que pueden

construirse con herramientas manuales, además su gran diámetro proporciona

una considerable reserva de agua dentro del pozo mismo.

3. Pozo a chorro

Aquel en que la excavación se hace mediante un chorro de agua a alta presión. El

chorro afloja el material sobre el cual actúa y lo hace rebalsar fuera del hueco.

4. Pozo clavado

Aquel que se construye clavando una rejilla con punta, llamada puntera. A medida

que esta se calva en el terreno, se agregan tubos o secciones de tubos

enroscados. Son de pequeño diámetro.

5. Pozo perforado

Los pozos perforados son los más profundos de los cinco tipos y se extienden

hasta profundidades de 30.48 m a 121.92 m, en la roca firme en vez del suelo

flojo. Son los que están más a salvo de la contaminación ambiental. Los pozos

perforados tienen que cruzar fracturas de rocas firmes que poseen agua

subterránea para poder producir un suministro de agua. Los armazones para los

pozos perforados son tuberías de plástico o metal de 0.15 m de diámetro que se

extienden al menos 5.48 m hacia abajo de los 100 a 400 m. Se evita que el agua

de la superficie ingrese al pozo colocándole una tapa.



1.4 Panorama actual del sistema

Se debe de tener en cuenta toda y cada una de las características específicas de

un equipo de bombeo para su selección y su funcionalidad como son algunas por

mencionar: carga dinámica total, la potencia requerida por la bomba, eficiencia del

equipo, etc.

Los siguientes estudios son necesarios e indispensables para la mejor realización

de un proyecto hidráulico:

a) Estudios de la localidad

b) Levantamiento topográfico

c) Estudio geológico

d) Vías de comunicación

e) Estudio económico

f) Operación

g) Economía de la Obra

h) Inversiones

i) Sustentabilidad

j) Amabilidad con el medio ambiente

k) Etc.

Pozo profundo

El proyecto consiste en la selección de un equipo de bombeo calculado de forma

técnica – económica y proyectarlo para la perforación de varios pozos profundos

que, junto al caudal que aporta la presa Yuribia, pueda cumplir el gasto necesario

para suministrar agua potable a la población de la ciudad de Minatitlán de forma

segura y continua. La fuente de abastecimiento común es un pozo que tiene

profundidades entre los 120 m y 150 m esta perforado en materiales tipo domo

salino, calizos, lutita, lutita – arenisca y arenisca así como un conglomerado tipo



policmìtico depositado en un ambiente marino de aguas someras. Su color es

rojizo.

Diámetro del ademe

Es importante conocer el diámetro del ademe (355.6 mm) 14” donde se va a

instalar el equipo de bombeo ya que este diámetro limita el tamaño del diámetro

de la bomba que se puede introducir en él.

También es importante que entre el diámetro exterior del cuerpo de tazones y el

diámetro interior del tubo del ademe debe de haber mínimo 2” de separación para

que se facilite la instalación de la bomba. En la figura 9 se muestra las

dimensiones e ilustración del pozo y ademe del mismo.

Fig. 9 Diámetro de Ademe

Profundidad del pozo

Las profundidades de los pozos fluctúan entre los 120 m y 150 m, incluso hasta

los 240 m y se consideran dependiendo las capas y niveles de los acuíferos.

Contra ademe 24”

Ademe

14”



La calidad del agua y el gasto – explotación deseado, la profundidad a la que se

debe de colocar el equipo, así como las dimensiones del tubo de succión y la

pichancha permite también establecer la profundidad del pozo.

Niveles de bombeo

Nivel estático (NE)

Es la distancia vertical que existe entre la línea central de la bomba o línea de

centros de la bomba de eje horizontal, hasta el nivel libre del agua, cuando ésta no

está siendo bombeada, es decir, el nivel en el cual se estabiliza el agua del pozo.

El nivel estático del pozo por lo general estará entre los 12 y 25 metros.

Nivel dinámico (ND)

Es la distancia vertical desde la descarga de la bomba o línea de centros de la

bomba de eje horizontal, hasta el nivel el cual se mantiene cuando es bombeada

el agua, a cualquier velocidad. El nivel dinámico del pozo fluctuará entre los 42, 70

y 105 metros.

Abatimiento

Es la reducción del nivel de agua en un pozo debido al bombeo continuo, es decir,

es la diferencia entre el nivel dinámico y el nivel estático variará de los 25 a los 70

metros, habiendo una diferencia de 45 metros, aproximadamente.

Aforo

El aforo de un pozo consiste en determinar la máxima cantidad de agua que

puede sustraerse de él, manteniendo constante el nivel dinámico de agua en el

pozo. El caudal aforado del pozo tentativamente será de 20 a 70 l/s.

Conducción

El agua que proviene del vaso regulador Yuribia tiene como origen la sierra de

Santa Martha, en el municipio de Tatahuicapan de Juárez. Corre alredor de 55 km



hasta la ciudad de Minatitlán. En la figura 10 se puede apreciar la localización de

la presa, cuya cuenca de captación de arroyos tiene una extensión geográfica

aproximada de 5852.9 hectáreas distribuida en 10 ejidos con territorio dentro de

ella y un área de 486 hectáreas, y la figura 11 muestra la distancia que hay entre

la posición de la presa Yuribia y los dos municipios más grandes e importantes de

la región sur del Estado, Minatitlán y Coatzacoalcos.

Fig. 10 Presa Yuribia, plano de barrio – ejidal.



Fig. 11 Distancia entre la Presa Yuribia y los municipios de Minatitlán y Coatzacoalcos, Ver.



1.5 Consumo actual y fuentes de abastecimiento

Las fuentes de abastecimiento, como ya se mencionó anteriormente son dos: por

medio de la presa Yuribia y por medio de pozos profundos.

La presa se localiza a 55 kms de la ciudad de Minatitlán, en las coordenadas 18º

16’ 9” Norte y 94º 46’ 13” Oeste y sus fuentes de abastecimiento son los ríos

Ocotal y Tezizapan que bajan de la zona montañosa de la Sierra de Santa Martha,

en Tatahuicapan de Juárez, Ver.

Veracruz, en el marco del IV Foro Mundial del Agua 2006 expone:

“La precipitación media anual en el estado es de 1,484 milímetros, prácticamente

el doble dela media nacional que es de 772 mm (CNA). El potencial hídrico

superficial del estado de Veracruz es de los más altos del país, al tener un

escurrimiento superficial anual medio de 121 mil millones de m3, que representa el

33% de todo el escurrimiento superficial del país.

De esta cantidad, en Veracruz se generan 62.2 mil millones de m3, proviniendo el

resto (58.9 mil millones de m3) de los estados colindantes de Tamaulipas, San

Luis Potosí, Hidalgo, Puebla, Oaxaca y Tabasco. Los principales ríos del Estado,

de Norte a Sur, son el Pánuco, Tuxpan, Cazones, Tecolutla, Nautla, Misantla,

Actopan, La Antigua, Jamada-Cotaxtla, Blanco, Papaloapan con sus afluentes San

Juan y Tesechoacán, Coatzacoalcos con su afluente Uxpanapa y Tonalá. Las

corrientes principales son complementadas en la hidrografía estatal por una gran

cantidad de cuerpos de agua y pequeños cauces”.

El principal problema que se presentan en la planta potabilizadora es que el vaso

de la presa se encuentra muy azolvado, de igual manera, la compuerta radial

ubicada sobre el canal desarenador ha permanecido cerrada y sin operar por

varios años, lo cual ha favorecido a aumentar la sedimentación de arenas y

sólidos en el lecho del río, provocando una acumulación más rápida que el

estimado. Lo anterior ha provocado que la planta potabilizadora reciba los



volúmenes de agua tal y como llegan al vaso, con altas turbiedades en la época

de lluvia debido a las precipitaciones en la cuenca de aportación.

La planta potabilizadora opera en condiciones normales con una turbiedad de

hasta 50 partes por millón (ppm), una vez que el rango está entre ésta última y las

100 ppm se comienza a disminuir el gasto tratado, llegando al cierre total de las

válvulas al rebasar éste último parámetro. Dentro de la escala que se tiene

considerada, se han llegado a contabilizar hasta 2,000 ppm para tener una idea de

las condiciones operativas que se llegan a presentar. Este problema provoca que

el suministro de agua para el consumo urbano de las ciudades de Coatzacoalcos y

Minatitlán disminuya, llegando a tener periodos prolongados en que se llega al

cierre total.

El aprovechamiento de los volúmenes de agua de los mantos acuíferos del

subsuelo de la ciudad de Minatitlán, se realiza mediante la operación de 12 pozos

profundos, ubicados dentro del área urbana. Todos los pozos están conectados a

la red de distribución directamente y brindan un servicio las 24 horas.

Para tener una idea más concreta, el promedio de suministro a la ciudad de

Minatitlán durante el año 2012 fue de 485.5 l/s, del cual correspondieron 175 l/s

del acueducto Yuribia y 310.5 l/s de los pozos profundos. Lo anterior se deriva de

que la Planta potabilizadora debe de enviar 250 l/s, sin embargo existen periodos

como los referidos anteriormente en que la alta turbiedad en los volúmenes de

agua de la presa Yuribia, y en la época de estiaje que los ríos que alimentan a la

presa derivadora disminuyen considerablemente, ocasionan que este gasto sea

cero; en los meses más críticos, el número de horas en que se ha tenido que parar

la operación de la planta potabilizadora ha llegado a 50 horas, además que en

periodos prolongados se ha tenido que disminuir.

Por lo anterior, cuando ésta no opera, la ciudad se queda únicamente con el

suministro de los pozos profundos.



De acuerdo a la población actual (2014) la ciudad de Minatitlán y al cálculo de la

demanda de agua potable para esta población, a nivel de fuente de

abastecimiento, el gasto medio diario que se requiere es de 600 l/s; ahora bien, la

planta del Yuribia envía para la ciudad de Minatitlán en condiciones normales de

operación 250 l/s, pero en la actualidad el promedio que se recibe es de 175 l/s y

los pozos han suministrado en los meses de Enero a Diciembre del 2013, en

promedio 310.5 l/s, la suma de estos gastos es de 485.5 l/s, que es insuficiente

para satisfacer la demanda actual de la población.

Por consiguiente es necesaria la aplicación de proyectos hidráulicos para alcanzar

el caudal ideal para la ciudad y el área conurbada que es de 600 l/s. En virtud a

que solo podemos suministrar más agua potable por medio de mantos acuíferos

subterráneos, es debido a esto, que se ha decidido por la perforación de pozos

profundos,

El proyecto de la presa Yuribia surgió en el año de 1984, y a partir de ese año ha

ido decreciendo el gasto que suministra a los municipios del sur de Veracruz, con

más rigor con la zona de Coatzacoalcos, Minatitlán y su Zona Conurbada.



Capítulo II

Ingeniería Básica

En cada uno de los proyectos de ingeniería existe un apartado para explicar los

conceptos e ideas sobre la rentabilidad y la viabilidad de los mismos. A este

estudio se le llama Ingeniería Básica también llamado Proyecto Básico o

Anteproyecto, y puede definirse como el conjunto de documentos que definen

inequívocamente el proyecto y su coste más favorable en un entorno dado.

La finalidad del siguiente capítulo, es la de explicar y dar datos precisos, para que

en un momento dado, se pueda realizar el cálculo detallado de los equipos y

accesorios y finiquitar el proyecto con garantías de éxito.

2.1 Descripción del equipo existente

Los sistemas de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un

nivel energético inicial a un nivel energético final. Su uso es muy extendido en los

varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:

Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi

obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de cadenas

montañosas, con manantiales situados a una cota mayor.

Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en zonas muy

planas, para evitar que las alcantarillas estén a profundidades mayores a

los 4 - 5 m.

Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es con agua

de pozos no artesianos.

Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota inferior al

recipiente de las aguas drenadas.

En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas

servidas, cuando no puede disponerse de desniveles suficientes en el

terreno.

Un gran número de plantas industriales.

Generalmente las estaciones de bombeo constan de las siguientes partes:



Rejas.

Cámara de succión.

Las bombas propiamente dichas.

Línea de impulsión.

Servicios auxiliares:

o Dispositivos de protección contra el golpe de ariete.

o Línea de alimentación de energía eléctrica.

o Sistema de monitoreo y telecomunicaciones.

Se debe de tener en cuenta toda y cada una de las características específicas de

un equipo de bombeo para su selección y su funcionalidad como son algunas por

mencionar: carga dinámica total, la potencia requerida por la bomba, eficiencia del

equipo, etc.

Los siguientes estudios son necesarios e indispensables para la mejor realización

de un proyecto hidráulico:

a) Estudios de la localidad

b) Levantamiento topográfico

c) Estudio geológico

d) Vías de comunicación

e) Estudio económico

f) Operación

g) Economía de la Obra

h) Inversiones

i) Sustentabilidad

j) Amabilidad con el medio ambiente

k) Etc.



2.2 Antecedentes del sistema de bombeo

Los orígenes del sistema de bombeo se datan entre los años 1984 y 1985 y entró

en operación en 1987 como un esfuerzo por hacer llegar el vital líquido a la

población de ciudades cada vez más en crecimiento. El sistema de bombeo

alimenta a la zona urbana y rural de Minatitlán, y es vital para el proceso industrial

que se lleva a cabo día con día, ya que las empresas no dejan de producir en

ningún momento, esa es una de las razones por las cuales tener el agua y hacerla

fluir sin interrupción es un reto que empezó hacia finales del siglo pasado en la

región.

La constitución del sistema es simple: algunos pozos cuentan con una bomba

vertical tipo turbina, que descarga a una línea de conducción directa a la red de

distribución (tenemos entendido como red de distribución a la red principal del

sistema municipal), y por otra parte, bombas sumergibles con motor eléctrico.

Como en cualquier localidad del estado, del país o del mundo, el crecimiento de la

población es un factor que afecta de forma directa a los servicios, ya que este

índice se ve reflejado en el consumo o en la demanda de los mismos, hacemos

mención primordialmente al agua potable que es el objeto de estudio de nuestra

investigación con este trabajo, la cual resulta escasa y eventualmente nula la

fuente de extracción, y sobre todo el servicio de agua potable es deficiente

actualmente a la población.

Con anterioridad este problema ya venía reflejando la carencia, por lo que se

pensó en perforar varios pozos. A la fecha y debido a la burocracia, los recursos

para tal efecto no han bajado del nivel estatal, según lo mencionado por el

personal administrativo y técnico de la Comisión Municipal de Agua y

Saneamiento de la ciudad. Por ende, este trabajo representa de cierta forma un

plan hídrico (técnico – económico) para lograr obtener el gasto necesario para

surtir a toda la ciudad y área conurbada del vital líquido.



Un sistema de bombeo consiste en el conjunto de elementos que permiten el

transporte a través de tuberías y de almacenamiento temporal de un líquido, de tal

forma que se cumplan las especificaciones de caudal y de presión necesarios. Los

elementos que constituyen las unidades de bombeo son: bomba, motor, tuberías

de succión y descarga.

2.3 Pérdidas de carga de un sistema de bombeo

Para considerar el flujo real, deben tomarse en cuenta las pérdidas de carga o

energía que suceden debido a la resistencia al movimiento del mismo, ya sea en

el contacto del fluido con el conducto o cauce, en el rozamiento interno entre las

capas del fluido, o el rozamiento debido al intercambio del movimiento molecular

de las partículas del fluido. El cálculo de cargas se divide en pérdidas de cargas

primarias y pérdidas de cargas secundarias.

Pérdidas primarias (hL)

Las pérdidas primarias (hL) son las pérdidas de superficie en el conducto del fluido

con la tubería (capa límite) rozamiento de unas capas de fluido con otras (flujo

laminar), o de las partículas de fluido entre sí (flujo turbulento). Tiene lugar,

uniforme, por tanto principalmente en los tramos de tubería de sección constante.

Cálculo de pérdidas primarias

Las pérdidas primarias se calculan mediante la expresión

conocida también como la ecuación Darcy – Weisbach

en donde:

hL = Pérdidas de carga primaria, m.



f = Coeficiente de rozamiento, adimensional.

L = Longitud de tubería, m.

D = Diámetro de la tubería, m.

V = Velocidad media del líquido en la tubería,

.

Pérdidas secundarias (hrs)

Las pérdidas secundarias, también llamadas menores, son las pérdidas de forma

que tienen lugar en los cambios de sección y dirección de la corriente, en las

contracciones, ensanchamientos, codos, diafragmas, válvulas de diferentes tipos,

en medidores de flujo, etc., y en general, en toda clase de accesorios de tuberías.

Si la conducción del fluido es larga como en los gasoductos y oleoductos, las

pérdidas secundarias tienen poca importancia relativa respecto a las pérdidas de

cargas primarias, pudiendo en ocasiones despreciarse las secundarias o

considerarse como un porcentaje pequeño de las pérdidas de carga primarias

cuantificadas.

Si la cuantificación es corta y bifurcada como el flujo de la mezcla aire – gasolina

en un carburador, donde las pérdidas de carga primarias son despreciables en

comparación con las pérdidas de carga secundarias obtenidas.

Cálculo de pérdidas secundarias

Las pérdidas secundarias se pueden calcular por dos métodos

El primero consiste en la aplicación de la ecuación especial y un coeficiente de

pérdidas secundarias (adimensional):

donde



= Pérdidas de carga secundaria

k = Coeficiente adimensional de la pérdida de carga secundaria

= Velocidad media en la tubería.

El segundo método consiste en que, en la misma ecuación de las pérdidas

primarias, sustituyendo en dichas fórmula la longitud de la tubería, L por la longitud

equivalente, Le.

Éste método consiste en considerar las pérdidas secundarias como longitudes

equivalentes, es decir, longitudinales en metros de un trozo de tubería del mismo

diámetro que producirá las mismas pérdidas de carga que los accesorios en

cuestión. Se emplea la longitud equivalente (Le) implica homologar las pérdidas

secundarias con las primarias, es decir que se iguala a la pérdida de carga

secundaria que produce el accesorio, con la que ocasionaría una longitud

equivalente de la tubería del mismo diámetro del accesorio.

Aplicaremos la misma ecuación fundamental de las pérdidas primarias junto con la

ecuación de Darcy – Weisbach:

donde

= Suma total de pérdidas primarias y secundarias de carga, m.

k = Coeficiente de rozamiento, adimensional.

L = Longitud de tubería, m.

ΣLe = Suma de todas las longitudes equivalentes de los accesorios

D = Diámetro de tubería, m.

v = Velocidad media del líquido en la tubería (m/s)



Tabla 5 Métodos de cálculo de pérdidas de carga



2.4 Determinación de cargas en un sistema de bombeo

Carga estática de descarga (hd)

Es la distancia vertical en metros, entre el eje central de la bomba y el punto de

entrega libre del líquido. Debe tenerse cuidado con el punto de entrega libre del

líquido se use cuando se calcule la columna de descarga.

Carga estática de succión negativa (-hs)

Se tiene cuando la fuente de abastecimiento o suministro está por debajo de la

línea central de la bomba. Es decir, la distancia vertical en metros del nivel del

suministro del líquido al eje central de la bomba, encontrándose la bomba arriba

del nivel del suministro.

Así la altura estática de succión, es la distancia vertical que existe entre la línea

central de la bomba al nivel del líquido que va a ser bombeado.

Las distancias horizontales no se consideran como parte de la elevación de

succión estática. No se consideran las pérdidas por fricción en la tubería y sus

accesorios. En la figura 12 se muestran los diferentes arreglos para la carga

negativa.



Fig. 13 Sistema con carga estática de succión positiva y negativa.

Carga estática de succión positiva (hs)

Se tiene cuando la fuente de suministro está por arriba de la línea central de la

bomba al nivel del líquido que va a ser bombeado. En la misma figura 12 se

muestra el arreglo del sistema de bombeo con carga estática de succión positiva.

Carga estática total (hT)

Es la distancia vertical en metros, entre el nivel libre de succión y descarga libre

del líquido que se maneja. La siguiente ecuación describe el enunciado:

donde

hT = altura total, m.

hd = altura de descarga, m.

1

1

-hs

-hs



hs = altura de succión positiva o negativa, m.

Fig. 13 Sistema con carga estática de descarga, carga estática de succión positiva – negativa y

carga estática total.

Carga equivalente (heq)

Es la columna en metros del líquido que se maneja, equivalente y necesaria para

vencer la resistencia de las tuberías de succión, descarga y de sus accesorios. La

columna de rozamiento existe, tanto en el extremo de succión como en el de

descarga de una bomba y varía con la velocidad del líquido, tamaño del tubo,

condición interior del tubo y naturaleza del líquido que se maneje.

La resistencia de los aditamentos de los tubos generalmente se expresan en

función de la longitud equivalente de tubo recto de la misma dimensión de los

accesorios.

La carga se determina por la adición de pérdidas primarias y secundarias:

hs

hd hT



2.5 Carga de velocidad

Es la carga de un líquido que se mueve a cualquier velocidad dentro de un tubo,

tiene energía cinética debido a su movimiento.

La carga de velocidad es la distancia de caída necesaria para que un líquido

adquiera una velocidad dada. Dependiendo de la naturaleza en la instalación de

bombeo, la columna de velocidad puede no ser un factor importante en la columna

de la bomba. Por ello, esta carga se determina por la siguiente ecuación:

2.6 Carga de presión

Esta carga está referida cuando se tiene un sistema de bombeo que empieza o

termina en un tanque presurizado, misma que debe convertirse a columna de

líquido.

2.7 Carga dinámica total (hA o CDT)

La carga dinámica total de bombeo se define como la suma total de resistencias

del sistema, correspondientes a la carga estática total, a la pérdida por fricción en

la tubería de succión y descarga y a la carga de velocidad.

Para determinar la carga dinámica total del sistema, se hace uso de la ecuación

de Bernoulli, y que aplicada a un sistema de bombeo como el mostrado en la

figura 14.



Fig. 14 Parámetros para determinar la carga dinámica total del sistema de bombeo.

Se tiene que

Despejando

Ecuación para determinar la carga total o carga dinámica total

Carga estática

de Descarga (hd)

Carga Estática de Succión (hs)

Punto de Referencia

Z1

Z2



2.8 Carga Neta Positiva de Succión (NPSH)

Una parte importante del proceso de selección de la bomba es garantizar que la

condición del fluido que entra a la bomba sea la apropiada para mantener el flujo

completo del líquido. El factor principal es la presión del fluido en la entrada de la

bomba, al que es común llamar puerto de succión. El diseño del sistema de

tubería de la succión debe proporcionar una presión lo suficientemente alta para

evitar que se desarrollen burbujas de vapor dentro del fluido en movimiento,

condición que recibe el nombre de cavitación, que más adelante se explicará con

mayor detalle.

Por otra parte, la propiedad del fluido que determina las condiciones en que se

forman las burbujas de vapor en un fluido, es la presión de vapor, pvp, que es

común reportar como presión absoluta en kPa o psia.

La Carga Neta Positiva de Succión o NPSH (Net Positive Suction Head), es la

carga que hace que el líquido circule por la tubería de succión hasta el ojo del

impulsor.

Esta carga que hace que el líquido circule es producida ya sea por la presión

atmosférica o por una carga estática más la presión atmosférica. Éste análisis de

energía en la tubería de succión de una bomba es para determinar si un líquido

puede o no vaporizarse en puntos de baja presión, debido a que esta cantidad de

energía es limitada, es necesario extremar las precauciones para evitar un

funcionamiento anormal por insuficiencia de NPSH.

El NPSH es una medida de la cantidad de carga existente en la succión para

prevenir la vaporización del líquido en el punto de menor presión de la bomba.

Hay dos valores de NPSH que deben considerarse:

La Carga de Succión Positiva Neta Requerida (NPSHR).

La Carga de Succión Positiva Neta Disponible (NPSHD).



El NPSHR es la carga positiva en la succión de la bomba necesaria para vencer

las pérdidas de presión y mantener el líquido arriba de su presión de vapor, es

determinado por el fabricante, éste depende solamente del diseño de la bomba y

se obtiene del fabricante, para cada bomba en particular, según el tipo, modelo,

capacidad y velocidad.

El NPSHD es característico de la instalación, especialmente depende de la succión

o elevación, la carga de fricción y la presión de vapor del líquido manejado a la

temperatura de bombeo. Si varía cualquiera de estos puntos, el NSPH puede

alterarse. Debe cumplirse la siguiente desigualdad:

El NPSH siempre debe de tener un valor positivo, y puede determinarse con las

siguientes ecuaciones:

donde

pabs = Presión absoluta en la superficie libre del líquido, esta presión

no corresponde a la atmosférica cuando el suministro se hace

de un tanque abierto o cárcamo. Corresponde a la presión

absoluta cuando el tanque de succión está cerrado.

hs = Altura estática en, m.

hrs = Todas las pérdidas en la línea de succión, en m, incluyendo

las pérdidas de entrada y de rozamiento a través de la tubería,

válvulas y accesorios.

pv = Carga en m, correspondiente a la presión de vapor del líquido



a la temperatura de bombeo.

Otra forma particular de calcular el NPSHD es la siguiente:

donde

pgs = Lectura del manómetro de succión de la bomba.

hv = Carga de la velocidad en el punto de conexión del manómetro.

Se muestran en las siguientes figuras los diferentes tipos de instalación

para calcular el NPSH:

Caso I: Tanque con carga de succión hs

hs

E

Fig. 15 Tanque abierto con carga de succión hs.

(Ec. 12)



Caso II: Tanque cerrado con carga de succión negativa –hs

p

Tanque cerrado

hs

E

Fig. 16 Tanque cerrado con carga de succión hs.

Caso III: Tanque abierto con carga de succión negativa –hs

E

Fig. 17 Tanque abierto con carga de succión negativa, -hs.

hs

(Ec. 13)

(Ec. 14)



2.9 Factores indeseables en un sistema de bombeo

Golpe de ariete

El golpe de ariete se define como el cambio de presión por arriba o debajo de la

línea de centros de la bomba y originado por los cambios súbitos en la razón de

flujo de agua. En el caso de estaciones de bombeo, el cambio súbito en la razón

del flujo de agua, ocurre durante el paro y arranque de la bomba debido al cierre

brusco o apertura de la válvula de no retorno con que están equipadas todas las

instalaciones de bombas.

Conforme la compuerta de la válvula empieza a cerrar una onda positiva de

presión empieza a viajar desde ese punto, por la tubería de descarga y la tubería

de presión o el emisor hasta la descarga, como se muestra en la figura 18.

Fig. 18 Esquema del Golpe de Ariete.

De la descarga, la onda es reflejada como una onda negativa que regresa por la

tubería y que la misma magnitud que la onda positiva.

En la actualidad, existe una válvula anticipadora de golpe de ariete que protege a

los equipos de bombeo de la onda de sobrepresión causada por el paro de la

bomba o un fallo de energía eléctrica.



Esta válvula opera con la presión de la línea de conducción, y el nombre de

anticipadora se debe a que entra en funcionamiento antes de la llegada de la onda

de sobrepresión. Éste tipo de válvulas realiza la apertura mediante la activación de

una válvula solenoide al ocurrir la falla de la energía del motor o cuando baja la

presión hasta un valor preestablecido y desaloja a la atmósfera el exceso de

presión que provoca la onda de sobrepresión.

Cavitación

En la técnica son innumerables los problemas hidrodinámicos relacionados con la

cavitación. Este fenómeno se produce siempre que la presión en algún punto, de

la zona de corriente de un líquido, desciende por debajo de cierto valor mínimo

admisible.

Por lo tanto, cuando la presión de succión en la entrada de la bomba es

demasiado baja se forman burbujas en el fluido, como si hirviera, originando en el

interior del líquido “cavidades” de aire, de ahí el nombre de cavitación. En la

siguiente figura se esquematiza el concepto de la cavitación.

Fig. 19 Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al

estado líquido de manera súbita, ‘aplastándose’ bruscamente las burbujas) produciendo una estela

de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.



Fig. 20 Ejemplos de impulsores dañados debido a la cavitación.

Sumergencia

Es la altura (S) de líquido, necesaria sobre la sección de entrada (válvula de pie,

pichancha, tubo de succión, etc.), para evitar la formación de remolinos (vórtices)

que pueden afectar al buen funcionamiento de la bomba.

La formación de estos remolinos se deben principalmente a la depresión causada

por:

- La succión de la bomba.

- Mala disposición de la misma en la cámara de aspiración.

- Una irregular distribución del flujo.

Como valor indicativo de la sumergencia mínima necesaria, podemos adoptar la

que obtendremos por aplicación de la ecuación:

Donde:

v = Velocidad del líquido en m/s.

S = Sumergencia en, m.

g = Aceleración gravedad = 9.81 m/s2.



Fig. 21 Sumergencia

Observaciones por falta de sumergencia:

- Fluctuaciones de caudal, sin merma apreciable en la altura.

- Ruidos y vibraciones, con requerimientos variables de potencia

(variación amperímetro).

- Formación de remolinos visibles en la superficie o sumergidos.

Algunas soluciones para reducir la sumergencia son:

- Aumento de la sección de entrada (mayor diámetro de la tubería de

aspiración)

- Colocación de tabiques flotantes o sumergidos que eliminen las

turbulencias.

Maderas flotantes, alrededor de la tubería de aspiración, así como pelotas de

plástico, y todo aquello que sea capaz de impedir la formación de vórtices o

remolinos en la superficie.



2.10 Potencia

En un sistema de bombeo en donde se involucran bomba y motor, el trabajo

desarrollado, para mover un líquido, depende del peso bombeado por unidad de

tiempo contra la carga total.

Potencia hidráulica (Ph)

Se conoce de igual forma como potencia de líquido o potencia útil y se define

como el trabajo cedido del líquido por la bomba.

Potencia al freno (Pa)

Se conoce también como potencia de accionamiento, absorbida, de entrada o en

el eje, es la potencia requerida en la flecha de la bomba.

Potencia eléctrica (Pe)

Es la potencia suministrada en la flecha de la bomba mediante el acoplamiento del

par y un motor trifásico de características conocidas.



2.11 Descripción de un equipo de bombeo

Un sistema de bombeo es un conjunto de máquinas que nos sirven para

transformar un líquido de un punto a otro. Lo constituyen todas las unidades de

bombeo (bomba, motor, tuberías de succión y de descarga) instaladas para

proporcionar el gasto requerido así como los accesorios de control y protección.

Colador o pichancha

El objetivo de este elemento en la bomba es evitar la entrada de solidos al interior

de la misma (piedras, lodos, etc.). Existen dos tipo de coladores: cónico y de

canasta.

Los coladores cónicos se utilizan en norias o pozos profundos en donde no hay

limitación de espacio prácticamente por cuanto a profundidad se requiere. El

colador de tipo canasta no es aplicable en equipos destinados a pozo profundo,

porque el diámetro del mismo excede el diámetro de cuerpo de tazones y causaría

muchos problemas.

Tazón

Cada tazón incluye la cámara de bombeo, que aloja al impulsor, a la flecha del

impulsor y el buje opresor que mantiene al impulsor en posición con respecto al

tazón y anillo del desgaste que va dentro del tazón. Internamente el tazón lleva

venas de guía o pasajes directrices para conducir el flujo de descarga del primer

paso al siguiente, o sea, entregarlo al cono de descarga.

Cuerpo de tazones

El cuerpo de tazones es el elemento por medio del cual se añade energía al fluido

en forma de presión, y así se le conoce al conjunto formado por las siguientes

partes principales:

a) Cono de succión



b) Tazones

c) Cono de descarga

y así también

d) Bujes

e) Bujes opresores de los impulsores

f) Anillos de desgaste

g) Chumacera de último paso superior o cople.

Columna

Es el elemento que sirve para llevar el fluido desde la salida del mismo en el cono

de descarga hasta el cabezal de descarga. Su longitud es variable, dependiendo

de los niveles estáticos y dinámicos en el pozo.

Flecha de línea

Se denomina así a la flecha que transmite la energía mecánica proveniente de la

flecha superior a la flecha de los impulsores, normalmente está hecha de acero al

carbón.

Cabezal de descarga

Este elemento de la bomba, construido de hierro fundido tiene tres finalidades:

1. Soportar a la bomba, es decir, columna, tazones, coladores, etc.

2. Sirve de base a la maquina motriz o al dispositivo de conversión de

movimiento motriz.

3. Dar salida al fluido una vez que este ya haya circulado por los demás

elementos.

Se muestra una bomba sumergible en la figura 22.



Fig. 22 Bomba sumergible marca Grundfos.



2.12 Bomba vertical tipo turbina, bomba de pozo profundo y bomba

sumergible

Bomba vertical tipo turbina

Este tipo de Bombas tiene un tipo de diseño específico de una bomba centrífuga

que opera con el eje de rotación vertical y parcialmente sumergida en el fluido que

maneja. Su mayor aplicación es la extracción de agua de pozos profundos, para

irrigación agrícola, abastecimiento municipal y abastecimiento industrial.

Bomba de pozo profundo

Las bombas para pozo profundo se clasifican de acuerdo a la potencia nominal

expresada en kilowatts (kW) del motor eléctrico al cual deben acoplarse.

Bomba sumergible

Las bombas sumergibles, se agrupan de acuerdo a la capacidad expresada en l/s

(litros por segundo), trabajan acopladas directamente a un motor eléctrico

sumergible; dichos motores se agrupan de acuerdo a la potencia nominal, la cual

se expresa en kilowatts (kW).

Una bomba sumergible es una bomba que tiene un impulsor sellado a la

carcasa. El conjunto se sumerge en el líquido a bombear. La ventaja de este tipo

de bomba es que puede proporcionar una fuerza de elevación significativa pues

no depende de la presión de aire externa para hacer ascender el líquido.

Un sistema de sellos mecánicos se utiliza para prevenir que el líquido que se

bombea entre en el motor causando un cortocircuito. La bomba se puede conectar

con un tubo, manguera flexible o colocar abajo de los carriles o de los alambres de

guía de modo que la bomba siente en "un acoplador del pie de los platos", de tal

forma conectándola con la tubería de salida o descarga.

Además, las bombas sumergibles cuentan con las siguientes características:



Su diseño compacto y ligero con un cable resistente y con freno permite

ofrecer una bomba muy resistente y con freno permite ofrecer una bomba

muy resistente fácil de transportar e instalar.

La protección térmica integrada evita cualquier daño en el motor gracias al

bloqueo del rodete impulsor, reduciendo las reparaciones.

Las juntas mecánicas dobles de carburo de silicio funcionan en una cavidad

aislada llena de aceite, lo que permite lubricar las juntas, refrigerar y ofrecer

una protección general del motor.

2.13 Propuesta técnica

Día con día el fenómeno del desabasto del agua y sequía, así como la falta de

lluvia en temporadas en el mundo es cada vez más aterrador que no imaginamos

hasta donde podría llegar con el poco abasto de agua y el crecimiento desmedido

de la población.

Los sistemas hidráulicos nos ayudan a sufragar la necesidad de las poblaciones

urbanas: servicios básicos, sanitarios, alimentos, etc., pero muchas veces la

cantidad y calidad no son las adecuadas. Es por eso que el hombre, es el

encargado de proyectar sistemas que ayuden al desarrollo de las regiones y esto

es, con servicios como luz eléctrica, agua potable, alcantarillado, servicios de

transporte, etc. Como el agua potable será nuestro eje rector, nos enfocaremos en

esta área específica.

En la periferia de zona urbana de Minatitlán, se hallan colonias que pertenecen a

Cosoleacaque, Veracruz, municipio que, junto con Coatzacoalcos, Hidalgotitlán y

el Uxpanapa, han crecido debido al auge industrial y petrolero.

Bien, mencionábamos que Cosoleacaque es un municipio en continuo

crecimiento, ya que mucha gente, desde siempre, ha estado migrando del campo

a la ciudad debido a la necesidad de mejores condiciones de vida. Es por ello que

cada vez han llegado más personas a ocupar terrenos pertenecientes a Minatitlán



y eh ahí la expansión de este municipio, ya que se ha convertido en la zona

conurbada del lugar. Debido a este aumento poblacional, la necesidad de los

servicios crece y es necesario proveer de agua potable a estos habitantes.

Como ya se dijo, la ciudad de Minatitlán, Ver., le suministra agua a una parte de la

población que pertenece al municipio de Cosoleacaque, Ver, que está conurbada

con la misma. Por lo que al referirnos en este proyecto a la población de

Minatitlán, nos referimos a la Ciudad de Minatitlán con la zona conurbada de

Cosoleacaque, Ver.

La finalidad de este trabajo es coadyuvar en el desarrollo de la región istmo, y

encontrar una solución al problema de la falta de agua que sufre cada año.

La necesidad original para la elaboración de este proyecto es la de encontrar las

vías necesarias para evitar el desabasto del vital líquido por medio de un estudio

técnico justificado para la perforación y habilitación de pozos profundos.

La historia nos dice que desde que se abrió paso el vaso regulador, ‘Yuribia’, ha

habido problemas con los pobladores, tanto sociales como políticos. Desde su

inauguración, los habitantes de Tatahuicapan de Juárez se han quejado de la falta

de atención por parte de los gobiernos estatales y federales, que van desde el

mejoramiento y/o pavimentación de los caminos, como seguridad en su

comunidad hasta la infraestructura hidráulica del mismo lugar, ya que como

mencionan ellos, se llevan el agua de sus tierras y la infraestructura hidráulica en

el lugar es una burla, ya que ni con alcantarillado cuentan. Aunado a este hecho,

recientemente ha habido protestas por parte del gremio magisterial y ha

desencadenado el cierre de las compuertas de dicha presa y de igual forma dejan

en desabasto a la población que depende de ella. Algunas veces, dentro de sus

protestas, han llegado a cometer actos vandálicos, rompiendo tubería de

conducción de agua y deja en desabasto a la población. Otro factor grave que se

junta es la temporada de estiaje, que es la temporada en que hace más calor y

hay ausencia de lluvias y escurrimientos que alimentan a los ríos Tezizapan y



Ocotal y por estas cuestiones es necesario recurrir a otras fuentes de abasto de

agua.

Es de conocimiento general que nuestro planeta está compuesto en un 75% de

agua y el otro porcentaje corresponde a agua dulce para la población y que,

además, se encuentra lejos de la población, en los polos.

Por esa razón este trabajo solo es una guía, una propuesta para demostrar la

viabilidad en el desarrollo de exploración, perforación y habilitación de pozos

profundos de agua. Los antecedentes dan cuenta de ello, ya que la zona donde

está localizado el municipio de Minatitlán, es rica tanto en flora en fauna y en

escurrimientos subterráneos.

Se han buscado trabajos y/o estudios parecidos en los archivos de la Comisión de

Agua Municipal y no se ha encontrado algún otro parecido al que a continuación

se desarrolla y es por eso que surge la necesidad de hacer este estudio sencillo,

completo y ordenado para reforzar el área técnica de acción de dicho organismo.

La propuesta que se quiere aplicar es la de sectorizar la ciudad de Minatitlán, que

es dividir las colonias en zonas o en sectores específicos y que uno o varios pozos

abastezcan dicha parte de la ciudad; de esta forma, el agua llega constante las 24

horas y asegura que, aunque la temporada de estiaje sea muy fuerte, las colonias

cuenten con el servicio ininterrumpido de agua. La zona urbana cuenta con 64

colonias donde están repartidas 180,371 habitantes.

Las obras de conducción forman parte de un sistema de agua potable que de

acuerdo a su diseño tienen un impacto económico en la operación del mismo.

El Plan Nacional de Desarrollo 2013 – 2018, dentro del Programa Nacional Hídrico

2014 – 2018 del Gobierno de la República, para la Comisión Nacional del Agua

(CONAGUA) en sus estrategias se mencionan varios objetivos para mejorar la

infraestructura hidráulica, así como asegurar el abasto de ésta:



Objetivo 3. Fortalecer el abastecimiento de agua y el acceso a los servicios

de agua potable, alcantarillado y saneamiento.

Estrategia 3.1 Incrementar la cobertura de los servicios de agua potable y

alcantarillado

Incrementar las coberturas de agua potable y alcantarillado en zonas

urbanas y rurales privilegiando a la población vulnerable.

Fomentar que la definición de tarifas de agua potable, alcantarillado y

saneamiento, siga criterios técnicos, financieros y sociales.

Crear infraestructura para aprovechamiento de nuevas fuentes de

abastecimiento.

Estrategia 3.2 Mejorar las eficiencias de los servicios de agua en los municipios

Mejorar la eficiencia física en el suministro de agua en las poblaciones.

Estrategia 3.4 Promover la construcción de proyectos que contribuyan a mitigar la

pobreza, incluyendo la Cruzada Nacional Contra el Hambre

Implementar proyectos productivos con tecnologías de riego apropiadas en

comunidades con rezago, para mejorar ingresos, proveer empleo y producir

alimentos.

Difundir tecnología apropiada de suministro de agua, incluyendo: captación

de lluvia y niebla, cisternas, dispositivos de bombeo, filtración y

desinfección.



Objetivo 5. Asegurar el agua para el riego agrícola, energía, industria,

turismo y otras actividades económicas y financieras de manera sustentable.

Estrategia 5.1 Mejorar la productividad del agua en la agricultura

Intensificar la tecnificación del riego en los distritos y unidades de riego.

Tecnificar el riego por gravedad en los distritos y unidades de riego.

Redimensionar los distritos de riego de acuerdo con la oferta real del agua.

Estrategia 5.2 Utilizar sustentablemente el agua para impulsar el desarrollo en

zonas con disponibilidad

Ampliar la infraestructura para aprovechar aguas superficiales y

subterráneas en áreas con potencial para actividades con alta productividad

del agua.

Impulsar el desarrollo del potencial hidroeléctrico en zonas con

disponibilidad.

Propuesta de Conducción

Tipo de Entrega

Las conducciones deben de entregar el agua a un tanque de regularización, como

se indica en la figura 23, y así facilitar el procedimiento de diseño hidráulico de los

sistemas de agua potable, tener un mejor control de la operación de los mismos, y

asegurar un funcionamiento adecuado del equipo de bombeo.



Fig. 23 Línea de conducción con entrega de agua a un tanque de regulación.

En las zonas rurales se puede aceptar conducciones con entregas de agua a la

red de distribución, únicamente cuando se logre un ahorro considerable en la

distancia de conducción y un aumento en las presiones de la red de distribución.

Esto se consigue cuando un tanque de regulación se conecta a la red de

distribución en un punto opuesto a la conexión de conducción, como se indica en

la figura 24.



Fig. 24 Línea de conducción con entrega de agua a la red de distribución.

Conducción por Bombeo

La conducción por bombeo es necesaria cuando se requiere adicionar energía

para obtener la carga dinámica asociada con el gasto de diseño. Este tipo de

conducción se usa generalmente cuando la elevación del agua en la fuente de

abastecimiento es menor a la altura piezométrica requerida en el punto de

entrega. El equipo de bombeo proporciona la energía necesaria para lograr el

transporte del agua.

Cuando las condiciones del terreno o la disposición de la fuente de dotación no

permitan que una línea trabaje a gravedad, su diseño será entonces por bombeo,

de las cuales se tienen dos variables, las cuales son:

a) La utilización de bombas, más el almacenamiento de cierta cantidad de

agua a un tanque de regulación (almacenamiento en algunos casos).

Cuando se emplea este método el exceso de agua es almacenado en un

tanque elevado durante periodos de poco consumo; mientras que por otro

lado, en periodos de mucho consumo, el agua almacenada se utiliza para



aumentar la capacidad de entrega, que junto con la de la bomba, es mayor.

Este sistema permite tener un rendimiento uniforme de las bombas que

extraen y conducen el agua al tanque, lo que le permite que sea más

económico, evitando esforzar a las bombas en periodos de gran consumo

(hora pico). Generalmente esta regulación se hace por periodos de 24

horas.

Por otro lado, como el agua almacenada al interior del tanque es un agua

de reserva, ésta puede ser utilizada en casos de emergencia, no solo como

para generar mayor caudal del requerido normalmente, sino también

cuando se presente algún incendio, averías en alguna bomba o demandas

extraordinarias de la población, generando una muy buena seguridad de

operación.

b) Una segunda opción es el simple uso de bombas sin almacenamiento, lo

que genera que las bombas introduzcan el agua directamente a la red de

distribución, no teniendo otra salida más que la del agua que se consuma

por el usuario. Este es uno de los sistemas menos deseables, puesto que

cualquier avería en la fuente de energía o en alguna bomba ocasionaría la

interrupción completa del suministro de agua; además, al interior de las

tuberías se tendrán presiones muy variadas a lo largo del día, puesto que

cuando el agua no sea requerida las bombas estarán ejerciendo una cierta

al interior de la tubería de la red, pudiendo llegar a generar fugas o ruptura

de ésta y, por el contrario, cuando se tenga la mayor demanda por el

usuario, se generaría una disminución de presión al interior de la red lo que

propiciaría un menor caudal de entrega al usuario.

Conducción por Gravedad

Una conducción por gravedad se presenta cuando la elevación del agua de la

fuente de abastecimiento es mayor a la altura piezométrica requerida o existente

en el punto de entrega en el agua, el transporte del fluido se logra por la diferencia

de energías disponibles.



Conducción por Bombeo – Gravedad

Si la topografía del terreno obliga al trazo de la conducción a cruzar por partes

más altas que la elevación de la superficie del agua en el tanque de

regularización, conviene analizar la colocación de un tanque intermedio en ese

lugar. La instalación de este tanque ocasiona que se forme una conducción por

bombeo – gravedad (o mixta), donde la primera parte es por bombeo y la segunda

por gravedad.

Componentes de una Línea de Conducción

Para las líneas de conducción son necesarios una serie de accesorios y

componentes mecánicos para su correcto funcionamiento. Se mencionarán

algunos:

a. Tuberías: Acero, fibrocemento, concreto presforzado, Policloruro de Vinilo

(PVC), hierro dúctil y polietileno de alta densidad.

b. Piezas especiales: juntas, carretes, extremidades, tes, cruces, codos,

reducciones, coples, tapones y tapas.

c. Válvulas: válvula eliminadora de aire, válvula de admisión y expulsión de

aire, válvula de no retorno, válvula de seccionamiento.

d. Dispositivos para el control de transitorios: válvula aliviadora de presión,

válvula anticipadora del golpe de ariete, torre de oscilación, tanque

unidireccional, cámara de aire, bypass en la válvula de no retorno.

Caudal de Diseño

El caudal con el que se diseñan los tubos de una conducción, se obtiene en

función de los gastos de que deben entregar a los tanques y de los gastos que

puedan proporcionar las fuentes de abastecimiento.



Diseño Hidráulico

Las conducciones por bombeo pueden ser líneas o redes de conducción por

bombeo como se muestran en las figuras 25 y 26. De la misma forma, las

conducciones por gravedad pueden ser líneas o redes de conducción por

gravedad, como se muestran en las figuras 27 y 28. Si se combinan los aspectos

de bombeo y gravedad se forman las redes de conducción mixtas.

Fig. 25 Esquema de una línea de conducción por bombeo

Fig. 26 Esquema de dos redes de conducción por bombeo



Fig. 27 Esquema de una línea de conducción por gravedad.

Fig. 28 Esquema de una red de conducción por gravedad.



Línea de conducción por bombeo

En el caso de las líneas de conducción por bombeo (fig. 25) se plantean

ecuaciones para obtener el diámetro económico. No obstante, el diámetro que se

calcula en algunas ocasiones no es comercial, por lo tanto se aconseja utilizarlo

como un dato aproximado donde la solución final debe obtenerse con un

procedimiento directo, proponiendo repetidas veces el diámetro del tubo y

calculando enseguida la carga hA requerida de la bomba.

Análisis económico del diámetro

Aquí se plantea un procedimiento analítico para el cálculo del diámetro óptimo de

una conducción por bombeo, arriba descrito.

Una vez que se obtiene el trazo y el caudal de diseño, un aspecto importante para

los proyectos de conducción a presión, es la determinación de un diámetro

tentativo, cuya selección se decide por condiciones económicas a partir de hacer

mínimos los costos de la tubería y su colocación, así como, el costo

correspondiente a la energía para el bombeo; los demás costos de la conducción

no intervienen en el análisis por no ser función del diámetro.

Conforme el diámetro tentativo seleccionado sea menor, disminuye el costo de la

tubería y su colocación, pero se incrementan las pérdidas de carga y con ello el

costo de bombeo en sí, al requerir bombas de carga elevada con mayores

consumos de energía. Ocurriría lo contrario si se incrementa el diámetro. Por lo

anterior, se requiere determinar el diámetro ∅tent que haga mínima la suma de los

costos de inversión inicial y de operación antes mencionados.

Resumiendo, cuando el diámetro (∅tent) se calcula en metros, el factor de cálculo

es 1.2 y cuando el ∅tent pulgadas y el caudal se da en (l/s) el factor resulta de 1.5

De esta forma, las ecuaciones quedan de la siguiente manera:



∅ √

⁄

∅ √ ⁄

Regulación

Es indispensable establecer con claridad la diferencia entre los términos

“almacenamiento” y “regulación”. La función principal del almacenamiento, es

contar con un volumen de agua de reserva para casos de contingencia que tengan

como resultado la falta de agua en la localidad y la regulación sirve para cambiar

un régimen de abastecimiento constante a un régimen de consumo variable.

El tanque de regularización, es la estructura del sistema de abastecimiento de

agua en la que se realiza un cambio de régimen, pasando de uno constante en la

aportación a uno variable en el consumo. Esta función se realiza de la siguiente

manera, el suministro de agua es continuo durante las 24 horas del día, en tanto

que el consumo en la población es variable, por lo tanto en esta estructura se

almacena agua en las horas de bajo consumo, misma que se utiliza en las horas

de alto consumo.

Fig. 29 Cambio de régimen: variable a constante y viceversa



Los tanques se dividen en enterrados, semienterrados, superficiales y elevados y

también tienen la funcione de proporcionar presión a la red de distribución, por lo

que su localización debe ser generalmente en una parte alta con lo que se

garantiza una buena carga hidráulica, a su vez como una función adicional, en él

se le inyecta gas cloro o se le adicionan al agua pastillas de hipoclorito para

desinfectarla.

La capacidad del tanque de regularización, se obtiene por medio del gasto máximo

diario multiplicándolo por el coeficiente de regularización, por lo que en las

grandes localidades es a veces necesario construir varios tanques con la finalidad

de tener el volumen requerido, y a su vez, en sitios de topografía accidentada

disminuir presiones en la red.

Para localidades pequeñas el volumen del tanque se calculará para el consumo de

la población únicamente, en localidades mayores y turísticas se deberá considerar

un volumen adicional para proporcionar el servicio a la población flotante, agua

para combatir incendios, etc.

Por lo que respecta a la fontanería, los tanques deben tener: un tubo de

alimentación cuyo diámetro generalmente es el de la línea de conducción, un tubo

de desagüe o limpieza, un tubo de demasías y un tubo de salida que llevará el

agua hacia la red, adicionalmente contarán con válvulas de flotador, retención,

seccionamiento, etc. también contarán con tubos de ventilación para evitar la

proliferación de bacterias, entradas en la losa-tapa, para poder vigilar y darle

mantenimiento de limpieza. Para efectuar esto último se deberá contar con un “by-

pass” que permita el paso del agua a la red sin la interrupción del servicio por las

labores de limpieza en el tanque.

Una de las funciones primordiales de los tanques, es la de cambiar el régimen de

aportación constante (captación, conducción) por un régimen de consumo

variable. La capacidad de un tanque, se determina utilizando la ley de demandas y

el gasto máximo diario.



El coeficiente de regularización, está dado en función del tiempo de aportación,

requiriéndose almacenar agua en horas de bajo consumo para utilizarla en horas

de mayor demanda.

Para calcular el coeficiente de regulación, es importante conocer el número de

horas de aportación o bombeo así como su horario.

Coeficiente de Regulación

La capacidad del tanque está en función del gasto máximo diario y la ley de

demandas de la localidad, calculándose ya sea por métodos analíticos o gráficos.

El coeficiente de regulación está en función del tiempo (número de horas por día)

de alimentación de las fuentes de abastecimiento al tanque, requiriéndose

almacenar el agua en las horas de baja demanda, para distribuirla en las de alta

demanda.

Tomando en cuenta la variación horaria de la demanda, resulta que los más

convenientes para estos casos de bombeo son:

Para 20 horas de bombeo: de las 4 a las 24 horas.

Para 16 horas de bombeo: de las 5 a las 21 horas.



Tabla 6 Coeficiente de regulación para suministro de 18 horas (de las 6 a las 24 horas). Fuente:

CNA

Tabla 7 Coeficiente de regulación para suministro de 24 horas /día Fuente: CNA



Alternativas de dimensionamiento

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

recomienda aplicar los siguientes valores (Tabla 8).

Tabla 8 Coeficientes de regulación Fuente: CNA

Es importante tomar en consideración para el cálculo de la capacidad de los

tanques, el número de horas de alimentación o bombeo, así como su horario, el

cual estará en función de las políticas de operación y los costos de energía

eléctrica, los cuales son mayores en las horas de máxima demanda.

En el siguiente capítulo se explicará la forma de calcular la población a la cual esta

aplicará este proyecto, así como la memoria de cálculo y selección de los equipos

electromecánicos para los sistemas de bombeo; también la parte económica que

hará que los proyectos futuros puedan cumplir con los requerimientos de la

población.



Capítulo III

Cálculo, Desarrollo y Selección de Equipos Hidráulicos

En los proyectos de ingeniería son imprescindibles los cálculos del sistema, ya

que con ellos, se da una idea tangible de la magnitud de los mismos. Aquí es

donde entra la Ingeniería de Detalle, que es la fase en la que quedan definidos

todos y cada uno de los subsistemas, componentes o partes de que integran el

proyecto. En forma particular, para este proyecto, se hace una análisis de

población, que será la base para el cálculo y selección de la bomba, motor

eléctrico, accesorios, etc., bajo los lineamientos normativos en operación.

3.1 Determinación de la población del proyecto

El cálculo es tomando en cuenta las características de la bomba, el motor y los

accesorios del sistema, el cual se selecciona para el abastecimiento de agua

potable a la ciudad y la zona conurbada.

Es necesario mencionar que el arreglo del sistema se realice cumpliendo con los

fines que deben de tener en cuenta como: economía, funcionalidad,

mantenimiento, operación, sustentabilidad, etc., por lo que se tendrán en

consideración los siguientes aspectos:

a) Vida útil del equipo

b) Tasa de crecimiento de la población

c) Tasa de interés vigente.

Para determinar el periodo económico del proyecto, se consideran los aspectos

anotados anteriormente, considerando un periodo de 20 años promedio para que

sea rentable y eficaz.

Para determinar la población del proyecto de la localidad, se recurrió a los censos

y conteos del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) para conocer la

tendencia de crecimiento poblacional de este siglo y del siglo pasado. Los censos



y conteos históricos con los que cuenta la ciudad son a partir de 1900 hasta el

2010, y con un conteo estimado de crecimiento de los últimos 4 años, del 2010 al

2014, siendo los datos obtenidos lo siguientes:

Municipio: Minatitlán, Veracruz

Localidad: Minatitlán, Veracruz

Estado: Veracruz

Año de

Censo

No. de

Habitantes

Tipo de

Registro

1900 1,216 CENSO

1910 1,765 CENSO

1921 6,204 CENSO

1930 11,766 CENSO

1950 22,455 CENSO

1960 35,350 CENSO

1970 68,397 CENSO

1980 106,765 CENSO

1990 145, 264 CENSO

1995 153,542 CONTEO

2000 148,896 CENSO

2005 152,911 CONTEO

2010 157,840 CENSO

2014 -------- CÁLCULO

ESTIMANDO

Tabla 9 Conteo de habitantes del municipio de Minatitlán, Ver 1900 - 2010



Para el cálculo de nuestra población de proyecto, se tomarán en consideración

cuatro modelos matemáticos, como son: Aritmético, Geométrico, Malthus y

Geométrico por Porcentaje. Al final, para conseguir una población de proyecto

total, se obtiene un promedio con los cuatro resultados de los métodos.

Para determinar nuestra población actual aplicamos la fórmula de interés

compuesto, una vez determinado la tasa de crecimiento de esta localidad con los

datos ya establecidos.

[(

)

]

donde:

TC = Tasa de crecimiento

Pa = Población actual: 157,840 hab. (2010)

Pi = Población inicial: 1,216 hab. (1900)

n = 110 años

Sustituyendo valores y de la ecuación 22 tenemos que:

[(

)

]

De la siguiente ecuación obtenemos la población en el año 2013:

[

]

donde:



Pf = Población futura

Pa = Población actual = 157,840 hab (2010)

T.C. = Tasa de crecimiento en la población = 4.52

n = 4 años

Sustituyendo valores, aplicando la ecuación 23:

[

]

Por lo tanto, la población del 2014 se perfila:

∴ P2014 = 188,371 hab

Año de

Censo

No. de

Habitantes

Tipo de

Registro

1900 1,216 CENSO

1910 1,765 CENSO

1921 6,204 CENSO

1930 11,766 CENSO

1950 22,455 CENSO

1960 35,350 CENSO

1970 68,397 CENSO

1980 106,765 CENSO

1990 145, 264 CENSO

1995 153,542 CONTEO

2000 148,896 CENSO



2005 152,911 CONTEO

2010 157,840 CENSO

2014 188,371 CÁLCULADO

Tabla 10 Habitantes de Minatitlán, Ver al 2014

Método Aritmético

donde:

Pf = Población futura de proyecto

Pa = Población actual: 188 371 hab (2014)

k = Crecimiento promedio anual:

n = Años de proyección

cn = Periodo de años a la fecha

Pi = Población inicial: 1,216 hab (1900)

Primero obtenemos el valor del crecimiento promedio anual (k) con la ecuación 25:



Sustituyendo valores para obtener la población actual (2024), ec. 25 en ec. 24,

(

)

Método Geométrico

Tabla 11 Datos Método Geométrico

Obteniendo el promedio:

y

(

)

AÑO POB Log de la Pob Log Pf -Log Pa Log (1+r) = (log Pf - logPa)/n

1900 1216 3,085

1910 1765 3,247 0,162 0,016

1921 6204 3,793 0,546 0,050

1930 11766 4,071 0,278 0,031

1940 18539 4,268 0,197 0,020

1950 22455 4,351 0,083 0,008

1960 35350 4,548 0,197 0,020

1970 68397 4,835 0,287 0,029

1980 106765 5,028 0,193 0,019

1990 145264 5,162 0,134 0,013

1995 153542 5,186 0,024 0,005

2000 148896 5,173 -0,013 -0,003

2005 152911 5,184 0,012 0,002

2010 157840 5,198 0,014 0,003

2014 188371 5,275 0,077 0,019

suma 0,232



donde

rg = Constante de crecimiento de población geométrica


Pa = Población actual

n = Años de proyección

Entonces primero calculamos la constante de crecimiento

(

)

Se recomienda usar las siguientes tasas de crecimiento basándose en el

crecimiento histórico

- Ninguna de las localidades tendrá una tasa de crecimiento urbano

mayor de 4%.

- Ninguna de las localidades tendrá una tasa de crecimiento urbano

menor de 2.5%.

- Si el promedio de la proyección de la población presenta una tasa de

crecimiento:

o Mayor del 4%, la población se proyectará en base al 4%, de

crecimiento anual.

o Menor del 2.5% la proyección final se hará basada en una tasa de

crecimiento del 2.5%.

o No menor del 2.5%, ni mayor del 4%, la proyección final se hará

basada en el promedio obtenido.



Por lo tanto se usará una taza de crecimiento del 4% = 0.004.

Sustituyendo valores en la Ec. 26:

∴

Método Malthus

Para efectuar la elaboración de un proyecto de abastecimiento de agua potable

es necesario determinar la población futura de la localidad, así como de la

clasificación del nivel socioeconómico dividido en tres tipos: Popular, Media y

Residencial. Igualmente se debe distinguir si son zonas comerciales o

industriales, sobre todo, al final del periodo económico de la obra.

La población actual se determina en base a los datos proporcionados por el

Instituto Nacional de Estadísticas y Geografía (INEGI), tomando en cuenta los

últimos tres censos disponibles para el proyecto hasta el año de realización de los

estudios y proyectos.

En el cálculo de la población de proyecto o futura intervienen diversos factores

como son:

Crecimiento histórico.

Variación de las tasas de crecimiento.

Características migratorias.

Perspectivas de desarrollo económico.



A continuación se determinará una cifra constante para el periodo fijo y aplicarla

en años futuros por el Método de Malthus.

donde


Pa = Población actual

Pp = Población pasada

I = Incremento media anual

N = Diferencia de tiempo en años entre Pf y Pp

n = Diferencia de tiempo en años entre Pa y Pp

Pd = Diferencia de población entre Pf y Pp

De los siguientes datos:

Año Población

2014 188 371

2010 157 840

n = 4 Pd = 30 531

Tabla 12 Datos de estudio para el método Malthus

Establecemos de igual forma la siguiente ecuación:



Aplicando la ecuación 29 en la ecuación 28:

Por tanto:

∴

∴

Método Geométrico por Porcentaje

Este procedimiento consiste en determinar el porcentaje anual de aumento por

medio de los porcentajes de aumento en los años anteriores y aplicarlos en el

futuro. Por lo cual, se calculan los porcientos decenales de incremento y se

determina el por ciento anual promedio.

De esta manera, el cálculo del por ciento anual promedio queda estipulado de la

siguiente forma:

donde:



Σ% = Suma de por cientos decenales

n = No. de años entre el primer censo y el último

De igual forma tenemos que:

donde


Pu = Población del último censo.

N = No. de años para los que se va a calcular la población, contados

a partir del último censo.

Tabla 13 Datos estadísticos para el método Geométrico por Porcentaje

Aplicando las ecuaciones:

AÑO POB Incremento % de incremento

1900 1216

1910 1765 549 45,148

1921 6204 4439 251,501

1930 11766 5562 89,652

1940 18539 6773 57,564

1950 22455 3916 21,123

1960 35350 12895 57,426

1970 68397 33047 93,485

1980 106765 38368 56,096

1990 145264 38499 36,060

1995 153542 8278 5,699

2000 148896 -4646 -3,026

2005 152911 4015 2,697

2010 157840 4929 3,223

2014 188371 30531 19,343

suma Σ 735,991



De la ec. de Población futura (Ec. 31):

∴

En resumen tenemos que:

Tabla 14 Tabla resultados

Método de Cálculo Resultado

Aritmético hab

Geométrico hab

Malthus hab

Geométrico por % hab

Σ Total = 1, 341, 820 hab



Obteniendo el promedio de la población:

∴

Actualmente en la ciudad de Minatitlán, Ver., están en construcción nuevas

zonas habitacionales, a las que se les va a tener que brindar el servicio de toma

domiciliaria. Por lo anterior se propone una población para el 2035,

.



3.2 Demanda Actual

La demanda actual de agua potable en la Ciudad de Minatitlán, se estima con

base a la población actual, el tipo de clima en la ciudad, el número de usuarios

registrados en el Padrón de Usuarios de la Comisión de acuerdo a su tipo, la

dotación de agua potable, los volúmenes de agua suministrado por las fuentes de

abastecimiento y las perdidas físicas estimadas.

La población actual de la ciudad de Minatitlán se estima del orden de las 188 371

habitantes, el clima es cálido húmedo con abundantes lluvias en verano. En el año

2012 hasta el mes de Diciembre se tienen registrados 31,462 tomas. En la

siguiente tabla se representa un desglose por tipo de usuario:

Tabla 15 Tipo de tomas registradas en la CMAS de Minatitlán al 2012

Con relación a la dotación, se toma como base la información del área comercial

de la Comisión, el cual consiste en el resumen obtenido de los volúmenes de agua

de la facturación del año 2012 hasta el mes de Diciembre. A continuación se

presenta en la tabla 16:

Tabla 16 Gasto de Agua facturado hasta Diciembre de 2012

Doméstico 29.678

Comercial 1.624

Industrial 43

Serv. Publico 117

Total 31.462

Tipo de servcio

Facturación

Domestica 9.757.076 m3/año

Comercial 713.260 m3/año

Industrial 205.749 m3/año

Serv. Publico 228.195 m3/año

Total 10.904.280 m3/año

Volumen



De acuerdo al número de usuarios y a los volúmenes de agua calculada, se

obtiene una dotación promedio de 249.88 lts/hab/día. Para el año 2012, la

Comisión Municipal de Agua Potable y Saneamiento tiene instaladas 31,462

tomas, como se muestra a continuación,

Tabla 17 Total de tomas registradas en la ciudad de Minatitlán, Ver. en 2012

La tabla anterior nos refleja que de las 31,462 tomas que se tienen contratadas,

solo el 18.82% cuentan con el servicio medido y el 81.18 % de las tomas restantes

no tiene medidor. Se considera que la mayoría de los usuarios sin medidor y los

instalados pero sin lectura, hacen uso de volúmenes adicionales del vital líquido y

como consecuencia de esto tienen una dotación más alta, por lo anterior, la

dotación de agua potable actual promedio en la ciudad de Minatitlán se estima del

orden de 250 lts/hab/día a nivel de toma domiciliaria, sin considerar las pérdidas

físicas que se producen en la red de distribución.

3.3 Gasto Actual Suministrado

Los volúmenes y caudales de agua suministrados por las fuentes de

abastecimiento, para los meses de Enero a Diciembre del 2012, se presenta en la

siguiente tabla:

c/lectura s/lectura

5.920 1.065 24.477 31.462

18,82% 3,39% 77,80% 100,00%

Tomas con medidorsin medidor total



Tabla 18 Gasto Enero – Diciembre proporcionados por la presa Yuribia y pozos profundos.

El gasto medio que suministro el acueducto del Yuribia fue de 137 l/s y el gasto

medio que proporcionaron los pozos profundos actuales fue de 224 l/s, siendo el

gasto medio total suministrado a la población de la ciudad de Minatitlán de 361 l/s.

Se tiene registradas 31,462 tomas en el Padrón de Usuarios de la Comisión

Municipal de Agua y Saneamiento de Minatitlán, Ver., y de acuerdo al índice de

hacinamiento del XII Censo General de Población y Vivienda 2010, de 3.8

habitantes por vivienda se tiene una población aparentemente servida de: 119,556

habitantes, esta población representa el 67% del total de la ciudad de Minatitlán.

Esta población a nivel toma domiciliaria con una dotación del 250 lts/hab/día

demanda un gasto medio diario de 484 l/s., y se estima que las pérdidas físicas

sean del orden del 25% del gasto demandado; así bajo esta hipótesis del gasto

suministrado de 361 l/s y con las pérdidas físicas de 90 l/s; tendremos que el

gasto medio diario será de 271 l/s.

YURIBIA POZOS

m3 m3

ENERO 324.912,19 303.708,00 628.620,19

FEBRERO 352.886,20 434.511,00 787.397,20

MARZO 372.879,01 578.234,00 951.113,01

ABRIL 235.814,79 659.125,00 894.939,79

MAYO 199.254,28 705.618,00 904.872,28

JUNIO 396.480,83 633.654,00 1.030.134,83

JULIO 404.651,38 615.210,00 1.019.861,38

AGOSTO 404.651,38 586.770,00 991.421,38

SEPTIEMBRE 402.131,37 615.160,00 1.017.291,37

OCTUBRE 392.551,03 643.735,00 1.036.286,03

NOVIEMBRE 420.243,39 645.242,00 1.065.485,39

DICIEMBRE 403.701,20 627.521,00 1.031.222,20

TOTAL 4.310.157,05 7.048.488,00 11.358.645,05 m3/año

137,00 224,00 361,0 lps

GASTOS DEL 2012



Ahora bien, si partimos que la dotación que por Norma se establece que debe de

tener la población de Minatitlán actual es de 250 lts/hab/día., actualmente la

Comisión debería de suministrar un gasto de 484 lts para abastecer a la población,

y así tener una cobertura del 100%. Este gasto representa un suministro adicional

de 213 l/s, con relación al gasto medio que suministra actualmente a la población

de 361 l/s.

Como se indicó, el dato de la población se ha estimado hasta el año 2035, de 335

455 habitantes, el cual se va a utilizar para realizar los cálculos de este proyecto.

Haciendo un estudio somero del consumo de agua por persona y por día,

encontramos que entre las principales necesidades como son el aseo general y

consumo de alimentos, es aproximadamente de 250 l/día; este dato es

proporcionado por la Comisión Municipal de Agua y Saneamiento para un clima

cálido húmedo en la actualidad.



3.4 Datos para los Cálculos y Desarrollo del Proyecto

a. Elemento en cuestión

Agua natural limpia.

b. Temperatura aproximada

T ≈ 20 – 23 ºC

c. Densidad relativa

ρr = 0.998

d. Peso específico

γ = 9.79 kN/m3

e. Presión de vapor

pvp = 2.34 kN/m2

f. Presión atmosférica a nivel del mar

patm = 760 mmHg, 101.325 kPa, 101.3 bar, 1.033 kg/cm2

g. Viscosidad cinemática @ 20 ºC

h. Viscosidad dinámica @ 20 ºC

i. Gravedad

g = 9.81 m/s2



j. Altitud sobre nivel del mar

40 msnm

k. Tipo de captación

Manantial y pozo profundo

l. Profundidad del pozo

150 m

m. Caudal o Gasto

Q = 35 l/s

n. Diámetro del ademe

14 pulg

o. Diámetro de la conducción

8 pulg

p. Material de la tubería

Acero comercial cédula 40

Tubería de PVC Rd – 41 – 45

q. Dotación clima cálido - húmedo

250 l/hab/día



3.5 Memoria de Cálculo

La siguiente memoria de cálculo nos ayudará a comprender, de una mejor

manera, el fenómeno físico – hidráulico que se presenta o se pude llegar a

presentar en esta propuesta técnica – económica, y ayudará a comprender al

usuario que no tenga conocimientos previos de ingeniería a desarrollar cualquier

trabajo de estudio y/o consulta, para que de esta forma, sea un apoyo en el

desarrollo de cualquier investigación similar o con el mismo fin.

Cálculo del Caudal

Caudal o gasto necesario por habitante, calculado para el año 2035.

Cálculo de las Velocidades (v1 Y v2)

Datos

Q = 35 l/s / 1000 = 0.035 m3/s

DTuberia = D2 = 6” = 0.1541 m

DAdeme = D1 = 14” = 0.3334 m

De la Ecuación de Continuidad

Para v1



Para v2, de Ec. 33 y Ec. 34

Cálculo de la rugosidad relativa

Datos

Material: Hierro fundido nuevo

D2 = 6” = 0.1541 m = 154.1 mm

De tablas ε = 0.00025 m = 0.25 mm



Cálculo del número de Reynolds (Re)

Datos

Viscosidad cinemática del agua @ 20 ºC =

(

)

Cálculo del coeficiente de fricción (f) con la ecuación modificada de

Colebrook – White

Mediciones recientes en redes de distribución de agua potable han mostrado que

en muchos tramos de ellas se presenta flujo laminar. Los programas

computacionales para el diseño o revisión de este tipo de sistemas utilizan la

ecuación de Colebrook-White, para el cálculo del factor "f" de pérdidas por fricción,

es decir, suponen que las redes trabajan sólo con flujo turbulento.

En la literatura se ha reportado que en las redes de distribución de agua potable,

existen tramos que funcionan en régimen laminar o crítico; los modelos

computacionales existentes utilizan para el cálculo de pérdidas por fricción la

ecuación de Colebrook-White, es decir, aceptan que el comportamiento del flujo

en todos los casos es turbulento.



Para calcular las pérdidas en régimen laminar se utiliza la ecuación de Poiseuille.

Sin embargo aún es necesario desarrollar herramientas para analizar el

comportamiento del flujo en la zona crítica, 2000 ≤ Re ≤ 4000, donde Re es el

número de Reynolds. Aún más, se requiere una ecuación que pueda ser resuelta

independientemente del tipo de régimen, en otras palabras, conviene evitar los

problemas de convergencia provocados por la discontinuidad existente entre las

ecuaciones de Poiseuille y Colebrook-White.

El Dr. J. Oscar Guerrero Angulo, de la Universidad Autónoma de Sinaloa, propuso

en 1995 la ecuación modificada de Colebrook-White, para el cálculo del

coeficiente de pérdidas en flujos turbulentos.

[ (

)]

Para G = 4.555 y T = 0.8764 para 4000 ≤ Re ≤ 105

Para G = 6.732 y T = 0.9104 para 105 ≤ Re ≤ 3 x 106

Para G = 8.982 y T = 0.93 para 3 x 106 ≤ Re ≤ 108

Por lo tanto,

[ (

)]

[ ]

[ ]



Cálculo de longitudes L Y Le

Datos

Material: Acero dúctil recubierto cédula 40

En los anexos se muestra el detalle del tren de descarga y de la conducción al

tanque de regulación.

Longitud equivalente: Le = (Le/D)D D = 6” = 0.1524 m

Accesorio Le/D (m) Le (m) Piezas

Codo 90º 30 4.572 1

Te 6” 20 3.048 1

Válvula de compuerta 35 5.334 2

Medidor de flujo 80 12.192 1

Válvula check (Ret.) 76.87 11.715 1

Codo de 45º 16 2.438 2

Tabla 19 Longitud Equivalente del Sistema (tren de descarga).

Le = 308.87 m

Cálculo de pérdidas primarias y secundarias

Pérdidas primarias (de Ec. 1) tenemos:



Pérdidas secundarias (de Ec. 2) tenemos: (

)

(

) (

)

(

)(

( )

)

(

) (

)

Cálculo de la altura geodésica

El arreglo del sistema se muestra a continuación

Fig. 30 Esquema general de la propuesta

Z1 = 0

N.D.

N.E.

58 m

15 m

3 m

18 m



Cálculo de la carga de velocidad

Datos

(

)

( )

( )

Cálculo de la Carga Dinámica Total

Datos

p2 = p1 = patm = 0

z2 – z1 = 76 m



Para conocer la altura que debe cumplir la bomba para este caudal, se aplica

Bernoulli entre los puntos 1 y 2:

Siendo la ecuación (41), tenemos

C.D.T. o hA

Cálculo de la Carga Neta Positiva de Succión (NPSHD)

Datos

patm = 101.325 kPa = 101.325 kN/m2

pvp = 2.34 kN/m2P

γ = 9.79 kN/m3 = 9.80 kN/m3

hs = 58 m



Cálculo de las Potencias

Cálculo de la potencia hidráulica (Ph)

Datos

(

) ( )



Cálculo de la potencia de accionamiento

Datos

De la Ec. 45

(

) ( )

Cálculo de la potencia eléctrica

Datos

Pa = 41.88 kW = 56.14 HP

ηm = 80 %



CÁLCULO DE LA LINEA DE CONDUCCIÓN

Cálculo del diámetro económico

De acuerdo al aforo, en promedio, los pozos proporcionan 35 l/s. De acuerdo a la

Comisión Nacional del Agua (CNA), solo se permite extraer el 75 % del mismo, por

lo tanto:

De la Ec. 21, tenemos que:

√

√

Cálculo de la velocidad de la conducción

Datos



De la ecuación de Continuidad

Gasto medio diario (Qmed)

El gasto medio diario es la cantidad de agua requerida, para satisfacer las

necesidades de una población en un día de consumo promedio.

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

los consumos de los servicios y las pérdidas físicas que existen en cualquier

sistema de distribución, su unidad es en lt / hab. / día. Por esta razón, para la

ciudad de Minatitlán, que es una zona cálida – húmeda, la dotación que se

requiere es de 250 l / hab /día.

Datos

Población futura = Pf = 335 455 habitantes

Dotación = Dot = 250 l/ hab / día



86 400 = segundos / día

Para convertir los l/s a m3/s dividimos entre 1000, por lo tanto,

Gasto máximo diario (Qmaxd)

Es el caudal que debe de proporcionar la fuente de abastecimiento y, se utiliza

para diseñar:

La obra de captación.

Los equipos de bombeo.

La línea de conducción antes del tanque de regularización.

El tanque de regularización y almacenamiento.

Datos

Qmed = Gasto medio diario = 971 l/s = 0.971 m3/s

Cvd = Coeficiente de variación diaria (de 1.2 a 1.5)



Para convertir los l/s a m3/s se divide entre 1000, por lo tanto,

Gasto máximo horario (Qmaxh)

El gasto máximo horario, es el requerido para satisfacer las necesidades de la

población en el día y a la hora de máximo consumo. Se utiliza para diseñar:

La línea de alimentación a la red (después del tanque de regularización)

Las redes de distribución

Datos

Qmaxd = Gasto máximo diario = 1 165 l/s = 1.165 m3/s

Cvh = Coeficiente de variación horaria (de 1.5 a 2.0)



Para convertir los l/s a m3/s se divide entre 1000, por lo tanto,

Gasto demandado (Qd)

Datos

Qmaxd = 1.165 m3/s

No. de horas de bombeo = 24

Gasto de entrada al tanque de regulación (Qe)

Caso I: 24 horas



Caso II: 12 horas

Cálculo de la rugosidad relativa (conducción)

Material: PVC

D2 = 8” = 0.2017 m = 201.7 mm

De tablas de rugosidad de material ε = 0.0015 mm = 1.5 x 10-6 m

Cálculo del Número de Reynolds (Re)

Datos

(

)



Cálculo del coeficiente de fricción para la conducción (Ec. 37)

[ (

)]

Para G = 4.555 y T = 0.8764 para 4000 ≤ Re ≤ 105

Para G = 6.732 y T = 0.91 para 105 ≤ Re ≤ 3 x 106

Para G = 8.982 y T = 0.93 para 3 x 106 ≤ Re ≤ 108

Por lo tanto,

[ (

)]

[ ]

[ ]

Cálculo de las pérdidas primarias y secundarias

(

) (

)



Longitud equivalente

Accesorio Le/D (m) Le (m) Piezas

Codo 90º 30 4.572 2

Ensanchamiento brusco 35 7.112 1

Tabla 20 Longitud equivalente (conducción).

Le = 95 m

Para ensanchamiento brusco

La pérdida menor se calcula por medio de (ec. 2):

(

)

donde v1 es la velocidad promedio del flujo en la tubería más pequeña antes de la

expansión.

Para hacer algunas suposiciones simplificadoras sobre el carácter de la corriente

de flujo conforme se expande en la expansión súbita, es posible predecir de

manera analítica el valor de k con la siguiente ecuación:

[ (

)

]

[ (

)

]

[ (

)

]

[ (

)

]

[ ]

[ ]



(

)

((

)

( )

)

(

)

No Accesorio Valor de k

1 Pérdida a la entrada de un deposito Conexión de tubería a ras de la pared 0.50 Tubería entrante 1.00 Conexión de tubería abocinada 0.05

2 Pérdida a la salida de un depósito 1.00

3 Contracción brusca de la tubería para distintos valores de D1 / D2 D1 / D2 1.20 0.08 1.40 0.17 1.60 0.26 1.80 0.34 2.00 0.37 2.50 0.41 3.00 0.43 4.00 0.45 5.00 0.46

4 Ensanchamiento brusco (V1 - V2)2 / 2g

5 Codos de 45° 0.35 a 0.45

6 Codos de 90° 0.50 a 0.75

7 Tes 1.50 a 2.00

8 Válvulas de compuerta (abierta) 0.25

Tabla 21 Valores de k para pérdidas secundarias



A continuación, se muestra una tabla con los valores de las perdidas secundarias

de la conducción:

No. de Accesorio

Accesorio Velocidad

(m/s) Valor de factor

k Pérdida total

hrs (m)

1 Conexión de tubería a ras

de pared 1.095 0.5 0.0891

2 Tubería entrante

1.095 1.0 0.1782

3 Conexión de

tubería abocinada

1.095 0.05 0.0008911

4 Salida de un

depósito 1.095 1.0 0.1782

Tabla 22 Accesorios, factor k y total de pérdidas secundarias en la conducción.



VOLUMEN DEL TANQUE DE REGULACIÓN

La regulación tiene por objeto lograr la transformación de un régimen de

aportaciones (de la conducción) que normalmente es constante, en un régimen de

consumos o demandas (de la red de distribución) que siempre es variable. El

tanque de regulación debe de proporcionar un servicio eficiente bajo normas

estrictas de higiene y seguridad, procurando que su costo de inversión y

mantenimiento sea mínimo.

Cuando se modifique el horario de bombeo a un periodo menor de 24 horas / día,

se debe de cambiar el gasto de diseño de la fuente de abastecimiento y

conducción, incrementándolo proporcionalmente a la reducción del tiempo de

bombeo, según la siguiente expresión:

donde

Qe = Gasto de entrada al tanque en l/s

Qd = Gasto demandado en l/s

Qmaxd = Gasto máximo diario en l/s

tb = Tiempo de bombeo en hora/día

Para calcular el tanque de regulación, se tiene la siguiente ecuación:

donde

F = Valor obtenido de calcular (Máx. Déficit) + Máximo Superávit dividido entre 100

para convertirlo de porcentaje a unidad. Estos valores, dependiendo si se bombea

12 o 24 horas, se toman de las tablas 23 y 24.



Obtención del valor de 'F" para un suministro de 24 horas / día

1 2 3 4 5

Horas Suministro Demandas (salidas)

(entradas) Demanda Diferencias Diferencias

Q bombeo en % Horaria en % % acumuladas %

0-1 100 60.60 39.40 39.40

1-2 100 61.60 38.40 77.80

2-3 100 63.30 36.70 114.50

3-4 100 63.70 36.30 150.80

4-5 100 65.10 34.90 185.70

5-6 100 82.80 17.20 202.90

6-7 100 93.80 6.20 209.10

7-8 100 119.90 -19.90 189.20

8-9 100 130.70 -30.70 158.50

9-10 100 137.20 -37.20 121.30

10-11 100 134.30 -34.30 87.00

11-12 100 132.90 -32.90 54.10

12-13 100 128.80 -28.80 25.30

13-14 100 126.60 -26.60 -1.30

14-15 100 121.60 -21.60 -22.90

15-16 100 120.10 -20.10 -43.00

16-17 100 119.60 -19.60 -62.60

17-18 100 115.10 -15.10 -77.70

18-19 100 112.10 -12.10 -89.80

19-20 100 105.60 -5.60 -95.40

20-21 100 90.10 9.90 -85.50

21-22 100 78.40 21.60 -63.90

22-23 100 71.00 29.00 -34.90

23-24 100 65.10 34.90 0.00

Total 2400 2400.00

El volumen útil del tanque será: [Máximo déficit] + Máximo superávit = [-95.40]+209.1 = 304.50% = 3.045 Valor de F = 3.00

Tabla 23 Valores del factor F para tanque de regulación (24 horas).



Obtención del valor de 'F" para un suministro de 12 horas / día

1 2 3 4 5

Horas Suministro Demandas (salidas)

(entradas) Demanda Diferencias Diferencias

Q bombeo en % Horaria en % acumuladas

0-1 0 60.60 -60.60 -60.60

1-2 0 61.60 -61.60 -122.20

2-3 0 63.30 -63.30 -185.50

3-4 0 63.70 -63.70 -249.20

4-5 0 65.10 -65.10 -314.30

5-6 0 82.80 -82.80 -397.10

6-7 0 93.80 -93.80 -490.90

7-8 200 119.90 80.10 -410.80

8-9 200 130.70 69.30 -341.50

9-10 200 137.20 62.80 -278.70

10-11 200 134.30 65.70 -213.00

11-12 200 132.90 67.10 -145.90

12-13 200 128.80 71.20 -74.70

13-14 200 126.60 73.40 -1.30

14-15 200 121.60 78.40 77.10

15-16 200 120.10 79.90 157.00

16-17 200 119.60 80.40 237.40

17-18 200 115.10 84.90 322.30

18-19 200 112.10 87.90 410.20

19-20 0 105.60 -105.60 304.60

20-21 0 90.10 -90.10 214.50

21-22 0 78.40 -78.40 136.10

22-23 0 71.00 -71.00 65.10

23-24 0 65.10 -65.10 0.00

Total 2400 2400.00

El volumen útil del tanque será: [Máximo déficit] + Máximo superávit = [-490.90]+410.20 = 901.10% = 9.01 Valor de F = 9.00

Tabla 24 Valores del factor F para tanque de regulación (12 horas).

Qmaxd = Gasto máximo diario en m3/s.

Datos



Qmaxd = 1.165 m3/s

Para un bombeo de 12 horas tenemos que F,

Para un bombeo de 12 horas (de las 6 a las 18 hrs):

Alternativas de dimensionamiento

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

recomienda aplicar los siguientes valores (ver tabla 25).



Tiempo de suministro al Tanque (hr) Coeficiente de regulación

24 11.0

20 (De las 4 a las 24 hrs) 9.0

16 (De las 5 a las 21 hrs) 19.0

Tabla 25 Coeficientes de regulación cuando no se conozca la ley de demandas de la ciudad.

Es importante tomar en consideración para el cálculo de la capacidad de los

tanques, el número de horas de alimentación o bombeo, así como su horario, el

cual estará en función de las políticas de operación y los costos de energía

eléctrica, los cuales son mayores en las horas de máxima demanda (horas pico).

(

)

El tanque de regulación deberá tener una capacidad de 13 m3 aproximadamente

y, para facilitar su construcción y como una alternativa, se proponen las siguientes

medidas:

2 m x 2.5 m x 3 m = 15 m3



3.6 Selección de la Bomba

Fig. 31 Curva de la bomba seleccionada



3.7 Datos de la Bomba Seleccionada

Marca: Grundfos

Modelo No: 4755600 – 7A

Caudal máx: 40 l/s

Velocidad nominal: 3450 - 3525 rpm

C.D:T. = hA = H = 240 m

Eficiencia: 70 %

Potencia de accionamiento (Pa) = 44.76 kW = 60 HP



Capítulo IV

Análisis Económico del Proyecto

En todo trabajo o proyecto existe la parte económica que coadyuva en la toma de

decisiones. La aplicación de un análisis económico, en la ingeniería, sustenta a la

ingeniería básica e indica el camino a seguir para llevar a cabo una correcta

inversión.

Un buen diagnóstico estratégico sienta las bases para un plan exitoso. Existen

diferentes métodos y uno de ellos, es el análisis FODA que es una herramienta

que permite conformar un cuadro de la situación actual del objeto de estudio

permitiendo de esta manera obtener un diagnóstico preciso que permite, en

función de ello, tomar decisiones acordes con los objetivos y políticas formulados

al alcance de cualquier organización, institución e incluso, Pyme.

4.1 Análisis FODA

En términos del proceso de Marketing en particular, y de la administración de

empresas en general, la matriz FODA es el nexo que nos permite pasar del

análisis de los ambientes interno y externo de la empresa hacia la formulación y

selección de estrategias a seguir en el mercado.

El objetivo del análisis FODA consiste en obtener conclusiones sobre la forma en

que el objeto estudiado será capaz de afrontar los cambios y las turbulencias en el

contexto, (oportunidades y amenazas) a partir de sus fortalezas y debilidades

internas.

Antes de definir una estrategia de negocio siempre es útil realizar un análisis

FODA. Pero, ¿qué es esta herramienta de la administración de empresas? Se

puede expresar como un cuadro de situaciones que resume las Fortalezas,

Oportunidades, Debilidades y Amenazas que enfrenta una empresa o un proyecto,

y que permite trazar cursos de acción sobre la base de un diagnóstico tanto

interno como externo.



De esta forma, tanto las fortalezas como las debilidades son internas en la

organización o proyecto, por lo que es posible actuar directamente sobre ellas. En

cambio las oportunidades y las amenazas son externas, y solo se puede tener

control sobre las ellas modificando los aspectos internos.

Las fortalezas son las capacidades especiales con que cuenta el proyecto, y que

le permite tener una posición privilegiada frente a la competencia. Recursos que

se controlan, capacidades y habilidades que se poseen, actividades que se

desarrollan positivamente, etc.

Buen ambiente laboral

Buena calidad del producto final

Equipamiento de última generación

Procesos técnicos y administrativos de calidad

Cualidades del servicio que se considera de alto nivel

Las Oportunidades son aquellos factores que resultan positivos, favorables,

explotables, que se deben descubrir en el entorno en el que actúa la empresa o

proyecto, y que permiten obtener ventajas competitivas.

Regulación a favor.

Necesidad del producto.

Fuerte poder adquisitivo del segmento meta.

Las Debilidades son aquellos factores que provocan una posición desfavorable

frente a la competencia, recursos de los que se carece, habilidades que no se

poseen, actividades que no se desarrollan positivamente, etc.

Salarios bajos.

Equipamiento viejo.

Falta de capacitación.



Las Amenazas son aquellas situaciones que provienen del entorno y que pueden

llegar a atentar incluso contra la permanencia de la organización y/o proyecto.

Al tener ya determinadas cuales son las FODA en un primer plano, nos permite

determinar los principales elementos de fortalezas, oportunidades, amenazas y

debilidades, lo que implica hacer ahora un ejercicio de mayor concentración en

donde se determine cómo afecta cada uno de los elementos de FODA al proyecto

hidráulico.

Inexistencia de competencia

Aumento de precio de insumos

La importancia de confeccionar y trabajar con una matriz de análisis FODA reside

en que este proceso nos permite buscar y analizar, de forma proactiva y

sistemática, todas las variables que intervienen en el negocio con el fin de tener

más y mejor información al momento de tomar decisiones.

Si bien la herramienta estratégica ideal para plasmar la misión, la visión, las

metas, los objetivos y las estrategias de una empresa es el Plan de Negocios,

realizando correctamente el análisis FODA se pueden establecer las estrategias

Ofensivas, Defensivas, de Supervivencia y de Reordenamiento necesarias para

cumplir con los objetivos empresariales planteados.



Tabla 26 Análisis FODA del proyecto

Factores

Internos

Factores

Externos

Fortalezas

1. Rentabilidad 2. Innovación 3. Ahorro 4. Equipo de última generación

Debilidades

1. Equipo extranjero 2. Falta de inversión 3. Falta de recursos 4. Equipo viejo

Oportunidades

1. Llegar a más casas 2. Servicio de calidad 3. Sin falla de servicio 4. Confiabilidad operacional

FO

1. Con mayor rentabilidad, hay un servicio de calidad. (F1,O2) 2. Con mayor innovación hay menos fallas de servicio (F2,O3) 3. Con un mayor ahorro en fugas, llegaría a mas casas (F3,O1) 4. Con equipos de última generación, hay una mayor confiabilidad operacional (F4,O4)

DO

1. Con equipo extranjero puede incrementar fallas en el servicio. (D1,O3) 2. Con la falta de inversión, el agua no llegaría a las casas (D2,O1) 3. Habiendo falta de recursos baja la confiabilidad operacional del equipo (D3,O4) 4. Con equipos viejos no hay servicio de calidad o es deficiente (D4,O2)

Amenazas

1. Mala operatividad del personal 2. Aumento de precio de insumos y combustibles 3. Impacto social 4. Impacto ambiental

FA

1. La rentabilidad podría verse afectada por la mala operatividad del personal. (F1,A1) 2. La innovación podría traer consigo el aumento del precio de insumos y combustibles. (F2,A2) 3. El ahorro económico tendría un impacto social sin precedentes. (F3,A3) 4. EL uso de equipos de última generación provocaría un cambio en el ambiente, dando un impacto positivo o negativo. (F4,A4)

DA

1. El equipo extranjero puede provocar la mala operatividad del personal sin la debida capacitación. (D1,A1) 2. La falta de inversión y el no bajar información de nuevas fuentes alternas de energía, puede provocar el aumento a los insumos y combustibles. (D2,A2) 3. La falta de información provoca zozobra y malestar social. (D3,A3) 4. El equipo viejo u obsoleto podría provocar un impacto ambiental irreversible para la región. (D4,A4)



4.2 Cotización del equipo y accesorios

Es necesario tener una cotización o estimación de donde partir. La función de las

cotizaciones es tener una idea clara y concisa sobre el valor real de un bien o un

servicio y así conocer cuánto se necesitará invertir para poderlo desarrollar.

Cabe aclarar de que este trabajo solamente tiene la finalidad de seleccionar los

equipos y hacer una propuesta, por lo que, no entra en consideración el costo de

mano de obra, obra civil, uso y/o renta de maquinaria, etc.

El anexo IV-A muestra un cuadro comparativo y se podrá observar la base para la

adquisición de los equipos y sus accesorios. La información es proporcionada por

proveedores con los cuales cuenta la oficina operadora de la Comisión Municipal

de Agua y Saneamiento de Minatitlán, Veracruz y que servirá de referencia para

el análisis de costos y la posterior toma de decisiones para la adquisición de los

equipos electromecánicos y sus accesorios.

4.3 Costo – Beneficio

La técnica de análisis costo – beneficio, tiene como objetivo fundamental

proporcionar una medida de la rentabilidad de un proyecto, mediante la

comparación de los costos previstos con los beneficios esperados en la realización

del mismo.

Un análisis costo - beneficio por sí solo no es una guía clara para tomar una buena

decisión, por lo que este análisis, permite definir la factibilidad de las alternativas

planteadas o de un proyecto al ser desarrollado.

Los costos incluyen el equipo electromecánico, accesorios, infraestructura

hidráulica, mantenimiento general a la red de tuberías de distribución, entre otros.

Los beneficios se ven reflejados en la productividad, reducción de costos de

energía eléctrica para el organismo operador, mayor recaudación por concepto del

servicio de agua potable, el 100 % o casi el 100 % de la población actual y



población futura de la ciudad de Minatitlán abastecida del vital líquido, entre el

2015 y 2035, entre otros.

Cédula del material seleccionado y sugerido al: 15 de Abril del 2014.

Tabla 27 Costo – Beneficio

COSTO DEL EQUIPO PRECIO CON I.V.A. BENEFICIO

Bomba sumergible $ 135 720.00 Extracción de agua limpia

Válvula aliviadora de presión

$ 928.00 Evita fractura de tubería

derivado del golpe de ariete en

la tubería debido al paro

inesperado del equipo y/o fallo

de energía eléctrica.

Válvula de compuerta $ 11 252.00 Verifica la calidad del agua en

caso de que haya problema de

arenas en el pozo.

Tanque de regulación

$ 1 412.88 Mantiene un caudal en reserva,

así como de emergencia en

caso de algún incendio; de

igual forma ayudar en el bajo

consumo de agua en los

periodos de menos demanda

de la ciudad.

Tubería de PVC $ 251.72 Abarata costos y

mantenimiento continuo, y

asegura funcionalidad por 20

años.

Total $ 149 564.60



Conclusiones

El siguiente trabajo se basa principalmente en una alternativa para lograr el

abastecimiento de agua potable, de una forma segura y limpia para los siguientes

20 años. Así también, un plan de ingeniería que ayudará a la conservación de los

equipos electromecánicos y sus accesorios, brindándoles periodos de trabajo

cortos y así abatir costos de energía eléctrica que se verán reflejados para el

organismo operador del agua potable a nivel municipal y estatal ayudando en la

sustentabilidad y mejoramiento del medio ambiente; por otra parte, procurará

mantener con buen aforo de los pozos y no sobreexplotarlos para no llegar al

punto de secarlos y desabastecerlos. Aunque está probado que los mantos

acuíferos se recuperan de una manera rápida, hay que suponer que la naturaleza

pueda cobrar factura en el terreno por la acción constante del ser humano al

explotar este recurso natural.

Con la elaboración de este proyecto, se pudo resolver una interrogativa

mostrando la metodología del cálculo práctico, que ofrece la solución más

correcta, buscando grandes ventajas tanto en su operación como en su

mantenimiento. Se tuvo la oportunidad de tomar en cuenta los principios de la

hidráulica, además de que se demostró la importancia de utilizarlos con un criterio

adecuado, para cumplir con los objetivos deseados.

En la selección del equipo de bombeo y sus accesorios, se propuso encontrar la

óptima economía para el equipo mecánico y eléctrico. Su capacidad fue calculada

de acuerdo a las necesidades de la ciudad proyectadas para dentro de 20 años,

(con un incremento del 100 % de la población), buscando que el consumo de

energía eléctrica fuese lo más económico posible.

Como se mencionó anteriormente, los beneficios se ven reflejados en la

productividad, reducción de costos de energía eléctrica para el organismo

operador, mayor recaudación por concepto del servicio de agua potable, el 100 %



o casi el 100 % de la población actual y población futura de la ciudad de Minatitlán

abastecida del vital líquido, entre el 2015 y 2035, entre otros.

En conclusión, gracias a los sistemas de bombeo, el agua que existe en nuestro

planeta y que en muchas ocasiones no está a nuestro alcance directo, hacemos

que llegue en cantidad y calidad que las necesidades así lo requieran.

Recomendaciones principales

Se debe de tomar en cuenta que las unidades que se manejen deben de

ser el Sistema Internacional para que haya una homogeneización y una

mejor comprensión del fenómeno que se quiere resolver por medio de las

ecuaciones de hidráulica.

Se debe de contar con diferentes fuentes para que no haya discrepancia en

el momento de tomar decisiones para implementar algún sistema.

Se debe estar en contacto con personas e instancias que estén a cargo de

los proyectos de ingeniería y en particular en el área de hidráulica, ya que al

momento de que surja alguna duda, pueda ser aclarada en ese instante y

no acarrear alguna que pueda desembocar en algún error de cálculo y

mucho menos que ponga en peligro a la población.

Este trabajo es solamente un apoyo para la realización y puesta en marcha

de alternativas de abastecimiento de agua y no la única forma para poder

mejorar el sistema existente al momento.

Se debe de tener en cuenta también que, si un sistema lleva trabajando

mucho tiempo y de buena forma y no presenta ningún problema o detalle,

se debe de dejar así, ya que podría salir más caro reparar algún problema

provocado que un desperfecto imperfecto.



Glosario

A

Agua.-

Líquido incoloro, inodoro e insípido compuesto de dos moléculas de Hidrógeno y

una de Oxígeno. Elemental para las necesidades básicas y actividades

importantes del ser humano. Elemento con mayor abundancia en el mundo.

Ademe.-

Tubo metálico de diámetro y espesor definidos, liso o ranurado, cuya función es

evitar el derrumbe o el colapso de las paredes del pozo que afecten la estructura

integral del mismo. En su porción ranurada, permite el flujo del agua hacia adentro

y profundidad del pozo.

Acuífero.-

Formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas subterráneas que

puedan ser extraídas para su explotación.

C

Cárcamo de bombeo.-

Estructura diseñada para recibir y contener la cantidad de agua requerida por el

equipo de bombeo, en la cual se considera la velocidad de aproximación del agua,

la sumergencia mínima y su geometría en relación con la localización del equipo

que permita el bombeo adecuado del gasto de diseño.

Carga.-

Es la presión que ejerce una columna vertical de un líquido en cualquier punto,

debido a su peso se le conoce como carga. La altura de la columna de líquido se

le conoce como carga estática y se expresa en unidades de longitud (m, ft). Es la

medida del incremento de energía impartida al líquido por la bomba por unidad de

peso.

Capacidad.-

Las condicione de la aplicación fijan la capacidad requerida. El requisito principal

de una bomba es el de entregar la cantidad correcta del líquido (Q) contra la carga

(H) existente en el sistema.



Conducto.-

Tubería o canal de la red de distribución de agua de una localidad. Los conductos

que se utilizan para transportar fluidos son de dos clases: conductos cerrados

(tuberías en las cuales el fluido se encuentra bajo presión o depresión) y

conductos abiertos (canales). En dichos conductos existe una oposición de la

circulación del fluido que se debe principalmente al rozamiento que existe con la

pared del conducto.

Consumo de agua.-

Volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades de los usuarios; habiendo

diferentes consumos: doméstico, comercial, industrial, servicios varios, etc.

D

Demanda.-

Volumen total de agua requerido por la población para satisfacer todos los tipos de

consumo, incluyendo las pérdidas del sistema.

Densidad absoluta o específica (ρ).-

Se define como la relación de la masa de una sustancia entre la unidad de

volumen. Sus unidades son el kg/m3, y para el agua en específico, a nivel del mar

y a 4ºC (39.2 ºF) su densidad es de 1000 kg/m3. La densidad está en función de la

temperatura y la presión. Su expresión matemática es:

Densidad relativa (ρr).-

Esta propiedad física es la relación entre la densidad (ρ) de una sustancia y cierta

densidad de agua a 4 ºC o la densidad del mercurio. Esta densidad relativa está

en función de la temperatura y de la presión. Esta propiedad es adimensional.



Descarga.-

Es la acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar cualquier fluido a un cuerpo

receptor.

Desinfección.-

Destrucción de organismos patógenos por medio de productos químicos o

procesos físicos.

Dotación.-

Cantidad de agua asignada a cada habitante para satisfacer sus necesidades

personales en un día media anual. Consumo diario per cápita.

E

Estación de bombeo.-

Sitio donde se instalan lo equipos electromecánicos para elevar el agua de un

lugar bajo a un lugar alto. Lugar donde se lleva a cabo la distribución de agua

hacia los ramales de la red municipal.

Evaporación.-

Separación del agua de los sólidos disueltos utilizando energía calorífica como

agente de separación, condensando finalmente el agua para su aprovechamiento.

F

Fibrocemento.-

Material derivado del cemento, fabricado con una mezcla de cemento Pórtland y

fibras y se utiliza para fabricar placas ligeras que se ocupan en el campo de la

construcción, aunque este material se ha venido usando en tuberías, en el área de

la fontanería.

Filtración.-

Remoción de partículas suspendidas en el agua, haciéndola fluir a través de un

medio filtrante de porosidad adecuada.

Fluido.-

Es la modalidad de materia que debido a su poca cohesión intermolecular carece



de forma propia y adopta la forma del reciente que lo contiene. Se clasifican en:

Fluidos Ideales, Fluidos Reales o Newtonianos y Fluidos No Newtonianos.

Fuente de abastecimiento.-

Sitio del cual se toma agua para el suministro al sistema de distribución o red.

Fuga.-

Escape de agua por la pared de la tubería, sus dispositivos de unión y accesorios.

Se considera fuga a partir de un escurrimiento (las zonas húmedas de la pared no

se consideran fugas).

G

Gasto.-

También llamado flujo volumétrico, se le llama al volumen de agua medido en una

unidad de tiempo, generalmente se expresa en litros por segundo (l/s).

Grafica de presiones.-

Presiones relativas preferidas a la atmosfera local o presión barométrica variable

(línea de trazos). En la siguiente figura se muestra gráficamente las presiones que

se han mencionado anteriormente y se puede visualizar claramente una de la otra.

Fig. 32 Grafica de presiones

H

Hidráulica.-

Rama de la Física y de la Mecánica de Fluidos, ampliamente presente en

la ingeniería y se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de



los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a

las condiciones a que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de

éste.

L

Línea de conducción.-

Se llama línea de conducción al conjunto integrado por tuberías, estaciones de

bombeo y dispositivos de control que permiten el transporte del agua desde una

sola fuente de abastecimiento, hasta un solo sitio donde será distribuida en

condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presión.

Líquido.-

Es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente

incompresible.

N

Nivel freático.-

Nivel superior de la zona saturada de la fuente de sustracción o pozo en donde se

encuentra el punto de brote libre del agua contenida en el mismo.

P

Pérdida física.-

Volumen de agua que entra al sistema de distribución de agua, que no es

consumido.

Peso específico (γ).-

Es la relación entre el peso de la sustancia por unidad de volumen, sus unidades

son kg/m3. El peso específico varía de acuerdo a la temperatura ya que al haber

un aumento de temperatura habrá una disminución de peso específico y la

densidad. Su expresión matemática es

Periodo de Diseño.-



Lapso de tiempo en el cual se diseña el sistema y se estima que la obra o

elemento del proyecto alcance su máxima eficiencia.

Población del proyecto.-

Número de habitantes de una localidad al final del periodo de diseño.

Pozo.-

Es una perforación que se realiza en el suelo bajo normas establecidas, con el

objetivo de extraer agua u otras sustancias. Todos los pozos perforados deben de

proporcionar información geológica y de aforo con el propósito de explotar

racionalmente el yacimiento.

Presión.-

Se define como la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido o un gas

perpendicularmente a dicha superficie. La presión se mide en atm, N/m2, Pa,

m.c.a., kg/cm2, y su ecuación es la siguiente:

Presión absoluta (pabs).-

Es la presión media con relación al cero absoluto (vacío total al cien por ciento de

vacío). Esto se explica de la siguiente forma: es la presión atmosférica más la

presión manométrica en un punto de medición.

Presión atmosférica (patm).-

Es la superficie libre de un líquido donde existe una presión de aire. Ésta varía con

la temperatura debido a que al disminuir ésta, el aire se torna más denso y pesa

más, por lo tanto la temperatura aumenta, la densidad de aire en la columna



disminuirá y el peso de ésta. Otro factor que afecta aún más, en forma

determinante la presión atmosférica, es la altitud sobre el nivel del mar. La presión

que se considera normal a nivel del mar tiene un valor de 1 atmósfera o, lo que es

lo mismo, 760 mm de Hg o 1 013 milibares (mbar).

Presión Manométrica (pman).-

Es la presión que indica los instrumentos de medición de presiones, tomándose

como presión relativa de un fluido en un recipiente, afectándole la presión del lugar

donde se está efectuando la medición.

Presión de vacío.-

Es la presión relativa negativa que es menor que la presión atmosférica.

Presión de vapor (pvp).-

Es la presión a la que un líquido se evaporiza rápidamente, desde luego con un

calor adicional o, al contrario, es la presión a la cual el vapor a una temperatura

dada se condensa a líquido si se quita calor, esta presión depende de la

temperatura.

Piezas especiales.-

Son elementos de unión, entre los componentes de una conducción de agua, se

efectúan para realizar intersecciones de conductos, variación de diámetros,

cambios de dirección, conexiones con válvulas y equipos de bombeo, etc. Este

grupo es constituido por juntas, carretes, extremidades, tes, cruces, codos y

reducciones, entre otros.

Puerto de Cabotaje.-Puerto donde solo atiendan embarcaciones, personas y

bienes, en navegación entre puertos o puntos nacionales.

R

Red de distribución.-



Sistema integrado por un conjunto de tuberías interconectadas, debido a la

existencia de dos o más fuentes de abastecimiento o sitios de distribución.

Resistencia de superficie.-

Es el rozamiento influenciado por la viscosidad, gravedad, asperezas de las

paredes, tensión superficial y compresibilidad del fluido.

S

Sistema de Bombeo.-

Acción o serie de acciones que nos permite conducir agua de un nivel inferior

(pozo) a un nivel superior (tanque de almacenamiento), mediante un equipo de

bombeo.

Sobrepresión y depresión.-

Son las cargas de presión en exceso y por debajo de la presión a flujo estacionario

respectivamente, que existen después de presentarse los fenómenos transitorios.

Sumergencia mínima.-

Es la altura medida desde la superficie del líquido a nivel mínimo a la campana de

succión en una bomba vertical o al eje del impulsor en una horizontal, la cual es

requerida para prever vórtices y entrada de aire a la succión de la bomba y está

asociada a cumplir con la Carga de Succión Neta Positiva (NPSH) para garantizar

una operación adecuada del equipo de bombeo.

T

Tanque de cambio de régimen.-

Estructura contenedora utilizada para efectuar la interconexión cuando la

conducción se efectúa por ambos regímenes: bombeo – gravedad.

Tanque de regulación o distribución.-



Estructura ubicada generalmente al final de la conducción y diseñada para

almacenar agua acorde con las extracciones de la fuente de almacenamiento y

demanda de los usuarios.

Temperatura.-

La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas

en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura

no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su

tamaño. A continuación se muestran las escalas de temperatura

Cabe hacer mención que el grado Réaumur (R) en la actualidad es una escala de

temperatura en desuso. Fue nombrada por René Antoine Ferchault de Réaumur,

que la propuso como unidad en 1731. René estudió la dilatación del termómetro

de alcohol entre el hielo fundente y el agua hirviendo y descubrió que un volumen

de alcohol de 1000 partes pasaba a 1080, por lo que, tomando como fijos estos

dos puntos, dividió su escala en 80 partes.

Este sistema de temperatura es utilizado en ocasiones para medir la temperatura

de los almíbares y los caramelos.

Las conversiones son las siguientes:

De Réaumur a Celsius es:

De Réaumur a Kelvin es:

Relación Celsius, Kelvin, Fahrenheit, Réaumur:



Tren de piezas especiales.-

Es el conjunto formado por válvulas, carretes, tes, y demás accesorios, ubicados

según el diseño de conducción. Este conjunto permite conectar adecuadamente

los equipos de bombeo con la tubería, ofreciendo a los mismos control y

protección.

Tubería.-

Conjunto formado por tubos de unión o ensamble de diferentes diámetros y

materiales para fines de conducción o distribución de agua en un sistema

hidráulico.

V

Válvula.-

Accesorio o dispositivo que permite el control del flujo en la conducción,

atendiendo a situaciones de: corte y control de flujo, acumulación de aire, por

llenado y vaciado de la conducción, depresiones y sobrepresiones generados por

fenómenos transitorios, y retroceso del agua por el paro del equipo de bombeo,

entre otras.

Vaso regulador.-

Un vaso regulador es un área aledaña a un cuerpo de agua como una laguna, un

arroyo o un río que durante la época de lluvias, en los que los excesos de agua se

desbordan hacia esos espacios inundables que tienen la función de concentrar o

amortiguar toda la carga de agua excedente.

Vida útil.-

Es el lapso de tiempo en el cual se estima que el proyecto funcione

oportunamente, es decir, en las condiciones eficientes y adecuadas.



Viscosidad.-

Propiedad física de los fluidos es la resistencia que el fluido presenta en un

movimiento cortante, es decir, un rozamiento interno.

Viscosidad absoluta o dinámica (μ).-

Es la resistencia opuesta por un fluido al movimiento relativo de sus partes.

Viscosidad cinemática ( .-

Es el cociente de la viscosidad dinámica con respecto a la densidad. Su expresión

matemática es la siguiente

Volumen específico (Vs).-

El volumen específico de un fluido es su volumen por unidad de masa o el

recíproco de la densidad absoluta. Su expresión matemática es la siguiente



Bibliografía

1. BOMBAS: TEORÍA, DISEÑO Y APLICACIONES

Autor: Ing. Manuel Viejo Zubicaray

Editorial: LIMUSA.

Tercera Edición.

2. MECÁNICA DE FLUIDOS Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS

Autor: Claudio Mataix

Editorial: Ediciones del Castillo, S.A., Madrid

Segunda Edición.

3. MECÁNICA DE FLUIDOS

Autor: Robert L. Mott.

Editorial: Pearson.

Sexta Edición.

4. ADMINISTRACIÓN ESTRATÉGICA

Autor: Zacarías Torres Hernández

Editorial: Grupo Editorial Patria

Primera Edición.

5. MANUAL ASPumps: Bombas Sumergibles y Turbinas Verticales; Curvas

de Operación.

6. MANUAL TÉCNICO: Turbosistema para Pozos profundos.

7. ATLAS DEL AGUA EN MÉXICO 2012, Comisión Nacional de Agua

(CONAGUA).

Edición Agosto, 2012



8. MANUAL DE CONDUCCIÓN, Gerencia de Ingeniería Básica y Normas

Técnicas, CONAGUA.

Edición Diciembre 2007.

9. MANUAL DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO.

Alcantarillado Sanitario, CONAGUA.

Edición Diciembre de 2009.


Diseño de Instalaciones Mecánicas, CONAGUA.



Diseño Construcción, Operación de Tanques de Regulación para

Abastecimiento de Agua Potable, CONAGUA.


12. Tesis: Diseño Hidráulico de una Línea de Conducción de Agua Potable

por Gravedad a la Población de Arteaga, Michoacán. Mario Alberto

Hernández Hernández.

Edición 2008. Págs. 34 – 35.

13. SUBDIRECCIÓN GENERAL DE AGUA POTABLE, DRENAJE Y

SANEAMIENTO. Eficiencia de Sistemas de Bombeo – Segunda Edición,

CONAGUA.

Edición 2009. Págs. 5 – 7.

14. Hansen Patricia, Arreguín Felipe, Guerrero J. Ecuación Universal para el

Cálculo de Pérdidas en Redes de Agua Potable – Ecuación Modificada

de Colerbrook – White.

15. PLAN NACIONAL DE DESARROLLO 2013 – 2018, Programa Nacional

Hídrico.

16. CONSEJO DEL SISTEMA VERACRUZANO DEL AGUA, Participación del

Estado de Veracruz en el IV Foro Mundial del Agua 2006.



Anexos



A – 1 Nomenclatura

A Área

a Aceleración

C Constante

CDT Carga dinámica total

Cvd Coeficiente de variación diaria

Cvh Coeficiente de variación horaria

D Diámetro

Ec, Ep, Ez Energía cinética, energía potencial y energía de posición

F Coeficiente de variación horaria de bombeo

g Aceleración de la gravedad

H Altura total (constante de Bernoulli), altura efectiva (bomba)

hd Altura dinámica

hp Altura de presión

hr Pérdida por rozamiento

hr – ext Pérdidas exteriores a una máquina

hL Pérdidas primarias

hrs Pérdidas secundarias

hs Altura de succión

k Coeficiente geométrico de un perfil, rugosidad absoluta de una



tubería.

L Longitud

l Litros

Le Longitud equivalente

m Metros

n Coeficiente de rugosidad (Manning)

P Potencia

Ph Potencia hidráulica

Pa Potencia de accionamiento

Pe Potencia eléctrica

p Presión

pa Presión absoluta

patm Presión atmosférica

pman Presión manométrica

pv Presión de vapor

Q Caudal

Qe Gasto de entrada al tanque de regulación

Qmed Gasto medio diario

Qmaxd Gasto máximo diario

Qmaxh Gasto máximo horario



Re Número de Reynolds

SI Sistema Internacional de Unidades

T Temperatura

t Tiempo

tb Tiempo de bombeo

Vtanque Volumen del tanque de regulación

v Velocidad

z Altura geodésica



A – 2 Nomenclatura griega

γ Peso específico

ε Rugosidad relativa

ηb Eficiencia de la bomba

μ Coeficiente de viscosidad dinámica

ρ Densidad absoluta

ρr Densidad relativa

Σ Sumatoria

Coeficiente de viscosidad cinemática



A – 3 Tablas y dibujos

Fig. 33 Ejemplo de un estudio geofísico para la perforación de pozos profundos



DIAMETRO NOMINAL (PULG.)

DIAMETRO EXTERIOR

DIAMETRO INTERIOR

ESPESOR DE PARED

PRESIÓN A 23°C

PESO APROX KG/M (PULG)(OD) (MM) (PULG)(ID) (MM) (PULG)(T) (MM) (PSI) (KG/CM2)

½" 0.840 21.3 0.609 15.5 0.109 2.8 600 42.0 0.24

¾" 1.050 26.7 0.810 20.6 0.113 2.9 480 33.6 0.32

1" 1.135 33.4 1.033 26.2 0.133 3.4 450 31.5 0.47

1¼" 1.660 42.2 1.363 34.6 0.140 3.6 370 25.9 0.63

1½" 1.900 48.3 1.593 40.5 0.145 3.7 330 23.1 0.76

2" 2.375 60.3 2.049 52.0 0.154 3.9 280 19.6 1.01

2½" 2.875 73.0 2.455 62.1 0.023 5.2 300 21.0 1.60

3" 3.500 88.9 3.042 77.3 0.216 5.5 260 18.2 2.10

4" 4.500 114.3 3.989 101.5 0.237 6.0 220 15.4 2.98

6" 6.625 168.3 6.031 153.2 0.280 7.1 180 12.6 5.26

8" 8.625 219.1 7.942 201.7 0.322 8.2 160 11.2 7.89

10" 10.750 273.1 9.976 253.4 0.365 9.3 140 9.8 11.20

12" 12.750 323.9 11.889 302.0 0.406 10.3 130 9.1 14.80

14" 14.000 355.6 13.073 332.1 0.437 11.1 130 9.1 17.56

16" 16.000 406.4 14.940 379.5 0.500 12.7 130 9.1 22.93

18" 18.000 457.2 16.809 426.9 0.562 14.3 130 9.1 29.91

20" 20.000 508.0 18.743 476.1 0.593 15.1 120 8.4 35.13

24" 24.000 609.6 25.544 572.6 0.687 17.4 120 8.4 48.89

Tabla 28 Diámetros internos para tubería comercial de PVC.



Tabla 29 Diámetros nominales para tubería de acero comercial cédula 40.



Fig. 34 Datos técnicos de la bomba seleccionada



Fig. 35 Especificación de materiales componentes de la bomba seleccionada.



Fig. 36 Cotización de un estudio geofísico para realizarse en la ciudad de Minatitlán, Veracruz.



Fig.37 Plano de un pozo profundo y de su tren de descarga, así como algunas especificaciones de

construcción y detalles de piezas mecánicas.



Partida

Partida

Cantidad

Cantidad

Concepto /Descripción

Concepto / Descripción

Unidad

Proveedores

Selección de

Proveedor

Observaciones

Bombas y Equipos del Golfo Bombas, Refacciones, Servicios y Conexiones Precios Unitarios Catálogo de CNA

P. Unitario IVA Total P. Unitario IVA Total P. Unitario IVA Total

1

1

1

1

Bomba vertical tipo turbina Mca. BNJ de 6 etapas, descarga de 8" incluye flecha de ajuste.

Columna roscada lub. agua de 8" con flecha de transmisión

metalizada en zona de trabajo es tramo de 3.05 m de longitud

cuerpo de tazones tipo turbina de 6 pasos, con impulsor de br.

Un colador tipo canasta de 8".

Pieza

$ -

$ -

$ -

$ -

$ -

$ -

$ - $ - $ - $ - $ - $ -

-

2

2

1

1

Motor eléctrico vertical flecha hueca de 75

HP, marca US con trinquete de no retroceso.

Pieza

$ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ -

-

3

3

1

1

Bomba vertical tipo turbina completa Mod.

1 PWLIC Mca. W alson para pozo profundo, caudal

50 l.p.s., Diámetro de impulsor

201 mm No. de pasos 6, Velocidad angular 1770 r.p.m.

Pieza

$ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ -

-

4

4

1

1

Motor eléctrico trifásico de 75 HP/440

V/60 Hz/6 Polos/1800 r.p.m./Tipo vertical c/flecha hueca con

trinquete de no retroceso

Pieza

$ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ -

-

5

5

1

1

Suministro, colocación y prueba de bomba tipo

sumergible

para gasto de 35.0 lps y CDT= 92 MCA, marca Grundfos

modelo 475S00-7A, de 3 pasos, con diámetro de descarga de

6", acoplada a motor eléctrico sumergible de

60.00 HP = 44.76 kW , 3450 rpm, 440 V,

3F. Con sello mecánico especial para evitar entrada de

arena al motor Incluye:

100 m. de cable sumergible calibre 3x2 awg, para pozo con

ademe de 14"Ø

Pieza

$ - $ - $ - $ - $ - $ - $ 117, 000.00 $ 18, 720.00 $ 135, 720.00

Precios

Unitarios CNA

La mejor opción de forma económica

operacional y proveedores reconocidos y

cerca de la región de Minatitlán, Ver.

6 2 Junta Dresser de 10" Pieza $3.156,00 $ 504,96 $ 7.321,92 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




7 2 Válvula Comp. Bridada de 10" C-125 Pieza $9.700,00 $ 1.552,00 $ 22.504,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




8 1 Válvula de expulsión de aire de 2" Pieza $800,00 $ 128,00 $ 928,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




9 1 Válvula check bridada de 10" C-125 Pieza $14.950,00 $ 2.392,00 $ 17.342,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




10 1 Manómetro con glicerina C. 1 1/2" Pieza $1.500,00 $ 240,00 $ 1.740,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




11 2 Tubos de acero de 10" 3.05 m de longitud Pieza $3.900,00 $ 624,00 $ 9.048,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




12 4 Brida de acero Slip-On de 10" Ø Pieza $1.500,00 $ 240,00 $ 6.960,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo


operacional y proveedores reconocidos y cerca de la región de Minatitlán, Ver.

13 2 Coples de 10" para columna Pieza $3.200,00 $ 512,00 $ 7.424,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




14 1 Arrancador a T.R. SIEMENS de 75 HP, 3 fases,

440 V, en gabinete metálico

Pieza $27.600,00 $ 4.416,00 $ 32.016,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




15 1 Pera de nivel con cápsula de mercurio Pieza $2.000,00 $ 320,00 $ 2.320,00 $ - $ - $ - $ - $ - $ - Bombas y Equipos del

Golfo




16 1 Electronivel en el Ademe y tanque de almacenamiento.

Pieza $ - $ - $ - $ 8.900,00 $ 1.424,00 $ 10.324,00 $ - $ - $ - Bombas, Refacciones,

Servicios y

Conexiones




17 1 Gabinete eléctrico de control de electronivel Pieza $ - $ - $ - $ 1.300,00 $ 208,00 $ 1.508,00 $ - $ - $ - Bombas, Refacciones,

Servicios y

Conexiones




18 3 Suministro, instalación y pruebas de tubo de PVC hidráulico

Rd - 41 de 200 mm

(8").

Metro $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ 217,00 $ 34,72 $ 755,16

Precios Unitarios CNA




19 3

Codo 90° Radio Largo 75 mm

Pieza $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ 208,00 $ 33,28 $ 723,84





20 2

Codo 45° Radio Largo 50 mm

Pieza $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ 85,00 $ 13,60 $ 197,20





21

15

Mampostería en muros con acabado común con piedra de pepena en muros de espesor menor de 0.61 a 1.00 m a cualquier altura, asentada con mortero cemento arena 1:3, se incluye la selección de la piedra, su carga y acarreo y descarga en 1er. km, el cemento arena y agua puestos en el sitio de su colocación.

m3

$ -

$ -

$ -

$ -

$ -

$ -

$ 1.218,00

$ 194,88

$ 21.193,20

Precios

Unitarios CNA




Total $ 68.306,00 $ 10.928,96 $ 107.603,92 $ 10.200,00 $ 1.632,00 $ 11.832,00 $ 118.728,00 $ 18.996,48 $ 158.589,40

TOTAL

$ 278.025,32

CUADRO COMPARATIVO DE LA SELECCIÓN DE RECURSOS NECESARIOS PARA UN SISTEMA DE BOMBEO FECHA:

Tabla 30 Cuadro comparativo de 3 proveedores seleccionando el más adecuado y teniendo un total tentativo.

CUADRO COMPARATIVO DE LA SELECCIÓN DE RECURSOS NECESARIOS PARA UN SISTEMA DE BOMBEO FECHA: 15 de Abril de 2014

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