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Sistema de Bombeo para la segunda sección de la colonia Potrero de Laguna en Coacalco, Estado de México. P. Hernández Ayala Adán. Ingeniería Mecánica. ESIME-Unidad Profesional Azcapotzalco. 1 Índice. CAPÍTULO PAG. Objetivos. 4 Justificación. 5 Introducción. 6 CAPÍTULO I. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y PROPUESTAS DE SOLUCIÓN. 7 1.1 Planteamiento del problema. 7 1.2 Propuestas de solución. 7 1.2.1 Control de la explosión demográfica. 7 1.2.2 Planta de tratamiento de aguas negras. 8 1.2.3 Rediseño de la red de distribución. 9 1.2.4 Ampliación de la estación de bombeo. 10 1.2.5 Construcción de nuevos pozos. 10 1.2.6 Rehabilitación de pozos. 11 1.2.7 Programa de horarios. 11 1.2.8 Sistema de bombeo exclusivo de la colonia. 12 1.2.9 Propuesta seleccionada. 12 1.3 Antecedentes del sistema de bombeo. 13 1.3.1 Pozo Nº 10 del ramal Los Reyes Ecatepec. 13 1.3.2 Estación de bombeo de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna. 15 CAPÍTULO II. DATOS NECESARIOS DEL SISTEMA DE BOMBEO. 20 2.1 Normatividad y reglamentación aplicable al sistema de bombeo. 20 2.1.1 Ley de Aguas Nacionales. 20 2.1.2 Ley del Agua del Estado de México. 21 2.1.3 S.A.P.A.SA.C. 21 2.1.4 Normas Oficiales del Sector Agua. 21 2.2 Datos de Diseño. 22 2.2.1 Periodos de diseño. 22 2.2.2 Población. 23 2.2.3 Consumo. 28 2.2.4 Demanda. 29 2.2.5 Dotación. 30 2.2.6 Gastos de diseño. 30 2.2.7 Coeficientes de regularización. 32

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P. Hernández Ayala Adán. Ingeniería Mecánica. ESIME-Unidad Profesional Azcapotzalco.

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Índice.

CAPÍTULO PAG. Objetivos. 4 Justificación. 5 Introducción. 6 CAPÍTULO I. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y PROPUESTAS DE SOLUCIÓN. 7 1.1 Planteamiento del problema. 7 1.2 Propuestas de solución. 7 1.2.1 Control de la explosión demográfica. 7 1.2.2 Planta de tratamiento de aguas negras. 8 1.2.3 Rediseño de la red de distribución. 9 1.2.4 Ampliación de la estación de bombeo. 10 1.2.5 Construcción de nuevos pozos. 10 1.2.6 Rehabilitación de pozos. 11 1.2.7 Programa de horarios. 11 1.2.8 Sistema de bombeo exclusivo de la colonia. 12 1.2.9 Propuesta seleccionada. 12 1.3 Antecedentes del sistema de bombeo. 13 1.3.1 Pozo Nº 10 del ramal Los Reyes Ecatepec. 13

1.3.2 Estación de bombeo de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna. 15

CAPÍTULO II. DATOS NECESARIOS DEL SISTEMA DE BOMBEO. 20 2.1 Normatividad y reglamentación aplicable al sistema de bombeo. 20 2.1.1 Ley de Aguas Nacionales. 20 2.1.2 Ley del Agua del Estado de México. 21 2.1.3 S.A.P.A.SA.C. 21 2.1.4 Normas Oficiales del Sector Agua. 21 2.2 Datos de Diseño. 22 2.2.1 Periodos de diseño. 22 2.2.2 Población. 23 2.2.3 Consumo. 28 2.2.4 Demanda. 29 2.2.5 Dotación. 30 2.2.6 Gastos de diseño. 30 2.2.7 Coeficientes de regularización. 32

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Índice.

CAPÍTULO PAG. CAPÍTULO III. MEMORIA DE CÁLCULO. 34 3.1 Cálculos Preliminares. 34 3.1.1 Diámetro de la tubería. 34 3.1.2 Línea de conducción. 36 3.1.3 Zanjas para la instalación de la tubería. 40 3.1.4 Equipo de bombeo para el pozo 42 3.1.5 Equipo de bombeo para la estación. 52 3.1.6 Curva del sistema en la estación de bombeo. 59 3.1.7 Tipo de material de la tubería. 64 3.1.8 Desinfección. 65 3.2 Diseño Propuesto. 65 3.2.1 Datos de proyecto. 65 3.2.2 Tubería. 66 3.2.3 Equipos de bombeo. 67 3.2.4 Proceso de construcción. 67 3.2.5 Plano descriptivo del sistema de bombeo. 69 3.3 Aplicación del proyecto. 69 CAPÍTULO IV. ANÁLISIS ECONÓMICO. 71 4.1 Presupuesto de obra. 72 4.2 Financiamiento del proyecto. 78 4.2.1 Pago del sistema de bombeo. 78 4.2.2 Pago del mantenimiento del Sistema de Bombeo. 80 4.2.3 Pago del agua. 81 Conclusiones. 82 Glosario. 84 Anexos. 88 Bibliografía. 96

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“El Ingeniero Mecánico para enfrentar el reto del agua,

debe plantear soluciones cuya claridad de concepción

y firmeza de ejecución vayan mas haya de la

complejidad del problema”.

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OBJETIVOS. Objetivo particular. Proponer el diseño de un sistema de bombeo, a modo de que éste proporcione de manera constante y eficiente, el servicio de agua potable, sino durante las 24 horas del día, al menos durante el tiempo en que los habitantes de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, en el municipio de Coacalco, perteneciente al Estado de México, llevan a cabo sus actividades y necesidades diarias; haciendo una evaluación de todos aquellos factores sociales, teóricos y técnicos que puedan ayudar de manera inmediata a solucionar el problema, del deficiente servicio que actualmente se tiene en esta colonia. Objetivo general. Lograr que el órgano operador de agua potable en el municipio de Coacalco denominado “Servicio de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Coacalco” (S.A.P.A.SA.C.), acepte la propuesta de solución, desarrollada en este trabajo, que ayude a resolver el problema de fallas en el servicio de agua potable por varios factores que lo hacen inconstante e insuficiente.

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JUSTIFICACIÓN. El problema de insuficiencia del servicio de agua potable, en cualquier lugar es algo que puede impedir el desarrollo de las actividades y necesidades de cualquier grupo de personas. El uso del agua en la vida del hombre va desde el aseo personal, necesidades fisiológicas y en segundo plano la limpieza del hogar, del auto o el riego de los jardines. El hecho de no poder cubrir lo anterior, provoca un problema social, que se puede llegar a resolver poniendo en práctica una o varias propuestas mencionadas en este trabajo. Debido a que la mayoría de los habitantes de esta colonia se trasladan hacia el Distrito Federal, para llegar a sus lugares de trabajo, las actividades comienzan desde muy temprano y terminan ya tarde, por lo tanto el abastecimiento de agua debe de comenzar y terminar a un mismo ritmo. Si se contara con un mayor tiempo de suministro de agua, los habitantes podrían llevar a cabo sus necesidades de un modo más sencillo y cómodo. Se está consciente de las dimensiones del problema, es por ello que se requieren analizar diferentes alternativas. Al contar con los medios y herramientas, se buscará darle una sencilla solución y sin mayor complicación al mal servicio con que actualmente se cuenta. El llegar a poner en práctica este “Sistema de Bombeo”, el beneficio se vería reflejado en una población de 12,039 habitantes, que contarían con agua en sus domicilios la mayor parte del día. Afortunadamente se cuenta con la ventaja de que la Ley del agua del Estado de México, apoya la participación de la sociedad civil en: reformar leyes, conservación en cantidad y calidad, planes de desarrollo, seguimiento a los proyectos que beneficien a la comunidad y demás, a lo que al recurso se refiere. Por otra parte si se demuestra las condiciones desfavorables del servicio de agua potable de alguna comunidad y con el apoyo del gobierno municipal y estatal, de acuerdo a la ley de aguas nacionales nuestro caso puede ser evaluado y aprobado según las disposiciones aplicables de dicha ley. Bajo la mejor propuesta analizada, se tendría un adecuado y constante suministro de agua potable y de mayor duración comparado con el que se contaba en un principio, durante los primeros asentamientos de la colonia. Resaltando por último que con este tipo de proyectos se comienza con una nueva cultura de apoyo entre sociedad y autoridades, de este modo no sólo se podrían resolver problemas de carácter hídrico, sino también muchos otros.

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INTRODUCCIÓN. El presente trabajo de tesis, propone la solución para que se suministre de manera constante y eficiente de agua potable, durante el tiempo en que los habitantes de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, en el municipio de Coacalco, perteneciente al Estado de México, puedan llevar a cabo cómodamente sus actividades durante el día. El marco dentro del cual se desarrollará este trabajo será el de anteproyecto, esto quiere decir, si se lograse a cumplir con el objetivo general de esta tesis, corresponderá al organismo operador del servicio de agua potable del municipio de Coacalco, ultimar los detalles que aprueben la aplicación de este proyecto. El número de capítulos que contiene este trabajo son cuatro los cuales llevarán en orden progresivo, los títulos siguientes: primero, descripción del problema y propuestas de solución; segundo, datos necesarios del sistema de bombeo; tercero, memoria de cálculo y cuarto, análisis económico. En el capítulo primero, se planteará el problema que da pie a la realización de este trabajo de tesis y las propuestas de solución que podrían ser aplicadas, evaluando las ventajas y desventajas de cada una de estas últimas, seleccionando al final la que el suscrito crea que tiene más posibilidades de llevarse a cabo. Describiendo al final del capítulo los antecedentes de las propuesta seleccionada. En el capítulo segundo, determinaremos primeramente bajo que leyes y normas tendrá que sujetarse la propuesta seleccionada y por último los datos de diseño que nos perfilen el proyecto, los cuales precederán los cálculos técnicos necesarios para elegir cualquier tipo de mecanismo que incluya la propuesta seleccionada. En el capítulo tercero, con el objeto de diseñar un proyecto eficiente, se llevarán a cabo todos los cálculos técnicos mínimos necesarios que se requieran para el desarrollo de la propuesta seleccionada. Al final del capítulo y como antecedente del presupuesto del proyecto, se hará mención de una breve descripción del proceso de construcción del proyecto. En el cuarto y último capítulo, se desarrollará el presupuesto y financiación de la obra o proyecto a desarrollar detallando quien y en que cantidad de dinero invertirán para llevar a cabo la mejor propuesta para resolver el problema en cuestión. En la parte final del presente trabajo el suscrito incluye las conclusiones del desarrollo de la propuesta de solución seleccionada, el glosario que hace mención del significado de algunos conceptos que se utilizaran durante la elaboración del trabajo, anexos que nos servirán de apoyo para llevar a cabo cálculos, consideraciones, incluso afirmaciones y suposiciones que en conjunto darán el perfil al presente trabajo y por último se hará mención a la bibliografía consultada.

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CAPÍTULO I.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y PROPUESTAS DE SOLUCIÓN. 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El problema que da pie a la realización del presente trabajo, se origina dentro de la colonia denominada “Unidad Habitacional Potrero la Laguna segunda sección”, en el municipio de Coacalco perteneciente al Estado de México. En esta colonia inicialmente los horarios del servicio de agua potable, durante el día, eran tres. Por la mañana de 5:00 a 12:00 horas, por la tarde de 14:00 a 17:00 horas y por la noche de 19:00 a 22:00 horas. Teniendo un total de 13 horas de servicio. El crecimiento de la población, escasas fuentes de extracción, menor duración de las temporadas de lluvia y deterioro de los actuales sistemas de bombeo y abastecimiento de agua, han provocado que sean recortados los horarios del servicio. Actualmente el servicio, que como se dijo debería de proporcionarse 13 horas diarias, en ocasiones se ha recortado hasta en 3 ó 4 horas al día y en casos extremos no se tiene agua por uno o dos días. En concreto, el problema radica en que por motivos políticos, económicos, sociales o técnicos, no se cuenta con un servicio constante de abastecimiento de agua potable, que afecta las necesidades básicas y actividades importantes de los habitantes de esta colonia. 1.2 PROPUESTAS DE SOLUCIÓN. A continuación se mencionan las posibles alternativas que servirán para solucionar el problema de insuficiencia del servicio de agua potable en la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”. Se tratará de demostrar en cada una de ellas, del por que si o por que no, serían aplicables en función a lo planteado en los objetivos, de modo que al final se cuente con una propuesta, que logre el beneficio pronto y eficiente a un costo adecuado, para poder ponerla en práctica. 1.2.1 Control de la explosión demográfica. Se podrían crear planes de contingencia o de desarrollo urbano, los cuales traten de frenar el crecimiento de la población, pero hay que tener en cuenta que todas las personas tienen derecho a la vivienda, por ello no se le puede negar a alguien que ha comprado un predio que construya en el, cualquier tipo de obra.

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Actualmente el municipio de Coacalco, es uno de los que más ha presentado un incremento desmedido de los fraccionamientos o casas de interés social, ya que antes contaba con grandes campos que eran utilizados para la siembra de alfalfa y maíz (ref.

12). La ciudad de México, desde años atrás presenta también problemas de sobrepoblación, por tanto, muchos de sus habitantes han optado por emigrar hacia los municipios conurbanos a ésta, debido a que el gobierno federal ha otorgado créditos para que los trabajadores al servicio del estado tengan una casa relativamente propia, comúnmente en algún punto del Estado de México. Algunas desventajas de esta propuesta se reflejan principalmente en que las autoridades municipales y las constructoras de estos conjuntos habitacionales no prevén que los servicios públicos, áreas verdes, vías de comunicación, etc. rinden cada vez menos y quizá por intereses políticos o particulares, se siguen construyendo cada vez más este tipo de obras. Debido a lo anterior, aparece otra desventaja, que es la afectación a los actuales residentes provocando con ello un problema social cada vez más grande. A pesar de todas las razones anteriores sería muy difícil frenar la continuidad de estas construcciones. Esta alternativa no sería la adecuada para tener por más tiempo el suministro de agua, por tanto habría que pensar, en nuestro caso, en otra solución al problema que nos atañe. 1.2.2 Planta de tratamiento de aguas negras. Esta alternativa traería grandes ventajas no sólo para la colonia sino para todo el municipio de Coacalco, ya que consiste en la construcción de una planta de tratamiento de aguas negras que de, al líquido, las características mínimas de calidad para abastecer a los usuarios y cubrir diferentes actividades, no sólo dentro del municipio sino también para comunidades cercanas a él, por el hecho de que se tendría un volumen en bloque de agua. Las ventajas que daría el aplicar esta alternativa como ya se menciono, es tener un volumen extra de agua que bien podría utilizarse para el riego de los jardines, obras públicas, control de incendios, sistemas sanitarios, etc. Además en condiciones de emergencia apoyar a colonias que están en la periferia del municipio. Para llevar a cabo esta propuesta habría que realizar estudios tanto del suelo como de la calidad del agua y como no se cuenta con un sistema para captación de aguas pluviales, se potabilizarían únicamente las agua negras. Como desventajas de esta alternativa se tienen las siguientes. Tendría que pensarse en un beneficio para más comunidades ya que la construcción de este tipo de obras implica un costo bastante elevado.

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Si es que se quiere beneficiar a una sola comunidad de acuerdo al objetivo de este proyecto, la relación del beneficio contra el costo de la obra sería muchísimo menor, por que en promedio este tipo de obras tiene un costo total de $4 a 5 millones de “Dólares”, (ref. 16), el equivalente a la perforación y equipamiento de alrededor de treinta pozos y en principio, la colonia en cuestión y el municipio no tendrían los recursos económicos para llevar a cabo esta alternativa. Habría que agregar que la planta se tendría que construir cerca de algún canal de aguas negras, pero actualmente esto sería un imposible, ya que no se cuentan con los espacios para llevarse acabo, porque los extremos del único canal que cruza al municipio se encuentran habitados. Por lo general este tipo de obras están en función del volumen de agua extraíble del canal de aguas negras y desgraciadamente este durante la mayor parte del año presenta bajos niveles de agua. Momentáneamente, esta alternativa se evaluará junto con las demás. 1.2.3 Rediseño de la red de distribución. Esta alternativa consistiría en diseñar una nueva red de distribución de modo que las líneas de conducción conecten directamente a las fuentes de abastecimiento con los puntos de entrega que pueden ser tanques elevados o de regulación. Las principales ventajas de esta alternativa serían que con este nuevo diseño en la red de distribución, las fuentes de abastecimiento se ocuparían de las colonias cercanas a esta, a un radio suficiente a modo de que contacte con el de otra fuente de abastecimiento. Esto es compensar el abastecimiento de agua entre las colonias que menos lo tienen contra las que lo tienen por más tiempo. Ya no se dependerían de maniobras de “valvuleo” para poder abastecer de agua a la mayoría de las colonias actuales y futuras. Pero desgraciadamente, ya sean pozos o tanques de regulación se encuentran, por algún motivo fuera de operación, con lo cual se tiene que depender de las líneas de conducción actuales que conducen el agua a las colonias lejanas desde la fuente de abastecimiento, lo cual sería una desventaja para la aplicación de esta alternativa. Una desventaja más es que para la construcción de una nueva red de distribución, la mayor parte del municipio se encontraría en una situación de obra, lo cual para S.A.P.A.SA.C. no es posible por que implicaría también cortes al servicio de suministro de agua por un tiempo prolongado además del costo del proyecto que sería muy alto y bajo estas condiciones, para el órgano operador de agua potable en el municipio de Coacalco, esta alternativa de solución no sería viable, (ref. 16).

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1.2.4 Ampliación de la estación de bombeo. El objetivo de esta alternativa es tener una mayor capacidad de almacenamiento de agua potable destinada a satisfacer las necesidades y actividades de la población ampliando la cisterna o tanque de regulación de la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”. Esta alternativa consistiría en la ampliación en sus dimensiones de la cisterna y del tanque elevado. Cubriendo un mayor tiempo durante el día, el suministro de agua a los puntos de consumo, lo que cubriría perfectamente con el objetivo particular de esta tesis. Como ventajas de esta propuesta se tiene que, con una mayor capacidad para el almacenamiento de agua, el suministro actual de 13 horas pasaría a ser de 24 horas diarias. Además, el costo sería menor comparado con la perforación y equipamiento de un pozo profundo, el cual en promedio es de dos millones de pesos (ref. 16). Tal vez el tanque elevado podría quedarse igual, pero si habría que ampliar la cisterna, pero desgraciadamente por su ubicación en la unidad habitacional, ya no se cuenta con el espacio suficiente para dichas ampliaciones puesto que por un lado se encuentra una escuela primaria y por otro queda a la orilla de la calle Nicolás Morelos. Tomando en cuenta también que durante el tiempo que tome la construcción de la obra, sería el mismo en el que los habitantes de dicha colonia no contarían con el servicio de agua potable. Lo ideal para nuestro problema es que pueda resolverse sin que la colonia se vea afectada en la aplicación de cualquier alternativa de solución y principalmente por los dos últimos argumentos es que esta alternativa no puede ser aplicable. 1.2.5 Construcción de nuevos pozos. El objetivo de esta alternativa es la perforación y equipamiento de nuevos pozos ubicados estratégicamente dentro del municipio de Coacalco, para aumentar el tiempo de abastecimiento de agua potable. Lo cual traería como ventajas, no sólo el beneficio de la colonia en cuestión, sino que también, en las colonias ya existentes y futuras tendrían un prolongado servicio de agua potable. Para el caso de las colonias futuras, se garantizaría como mínimo el abastecimiento por horarios. La principal desventaja de esta alternativa es la Comisión Nacional del Agua que es el organismo federal, encargado de administrar las aguas nacionales, cedió al órgano operador del municipio de Coacalco (S.A.P.A.SA.C.), únicamente 20 títulos de propiedad para la perforación y montaje de pozos dentro de su territorio. Pudiendo cambiar la ubicación dentro del municipio de dichos pozos, pero no el número de estos, es decir sólo 20 pozos pueden operar. Por tanto esta alternativa que tiene por objeto proporcionar un mayor volumen de agua para abastecer a la colonia en cuestión se ve superada por la opción de rehabilitar los pozos, que por algún motivo estén fuera de operación.

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1.2.6 Rehabilitación de los pozos. El objetivo de esta alternativa es la de contar con el gasto volumétrico proporcionado por los pozos que se encuentren por algún motivo fuera de operación, llevando a cabo un programa de rehabilitación, en todos ellos. Teniendo como ventajas, que se cuente con un mayor tiempo de abastecimiento de agua potable y el beneficio no sólo de la colonia en cuestión sino también en el resto del municipio de Coacalco. La desventaja de esta alternativa es que los pozos que abastecían a nuestra estación de bombeo son dos y cabe mencionar que eran propios de la primera y segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”, pero actualmente ambos se encuentran fuera de operación, que de acuerdo a datos de S.A.P.A.SA.C., son pozos que ya no contaban con agua suficiente desde hace aproximadamente 7 años, lo cual no hacia rentable seguirlos operando. Existe un programa de rehabilitación, el cual consiste en dar mantenimiento tanto al equipo electromecánico como al pozo y que actualmente está puesto en práctica por parte de S.A.P.A.SA.C., pero la condición es llevarlo acabo en pozos que produzcan un gasto de 80 a 100 lps. En el caso de los propios pozos de nuestra la colonia, el gasto que producían era de 15 a 20 lps, por tal motivo desde hace 7 años se clausuraron, por lo tanto, esta opción para resolver el problema de insuficiencia de agua en la colonia “Potrero la Laguna” se descarta. 1.2.7 Programa de horarios. El objetivo de esta propuesta es alternar el abastecimiento de agua potable en el municipio de Coacalco, en horarios equitativos, a modo de que el beneficio sea igual para todos los habitantes de dicho municipio. La ventaja de esta propuesta es que las colonias que actualmente se ven afectadas por el reducido tiempo de suministro de agua potable, entre ellas la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”, se les amplíe el horario de servicio y no sólo sean unas cuantas colonias las que cuenten con un servicio de tiempo completo. Las desventajas de esta propuesta, como se mencionó anteriormente, es que el diseño actual de la red de distribución por medio de la apertura y cierre de las válvulas de seccionamiento, abastece de agua a las colonias del municipio en diferentes horarios. De modo que el “valvuleo” en la red, siempre se favorecerá el suministro a las colonias del área del centro del municipio. El hecho es, que a pesar de que se piense en favoritismos, la cierto es que por el diseño de la red, siempre habrá colonias inconformes por la falta del servicio de agua potable. Desgraciadamente no siempre serán las mismas colonias, ni el mismo número de habitantes por lo tanto la demanda aumentará en tanto aumente la población.

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Actualmente cada vez son más los fraccionamientos construidos en el municipio, por tanto la demanda ha aumentado de igual modo. Por eso aunque se administre la cantidad de agua asignada a cada colonia, siempre habrá que tener en cuenta el hecho de cómo obtener más para abastecer a la población. En base a lo anterior y muy por el contrario, en un futuro se verán reducidos los horarios de servicio no sólo de nuestra colonia, sino de las restantes. 1.2.8 Sistema de bombeo exclusivo para la colonia. La base de esta propuesta es conectar una fuente de abastecimiento ajena a la red de distribución del municipio directamente al tanque regulador de la estación de bombeo de nuestra colonia. Afortunadamente existe, a una distancia de aproximadamente dos kilómetros de la estación de bombeo, una batería de pozos operada por la CNA, lo cual inicialmente sería una ventaja aunado a que el terreno entre un punto y otro se encuentra casi despoblado, tal vez por no contar con servicios públicos mínimos. Al aplicar esta alternativa, el suministro de agua en la colonia podría ser de 24 horas diarias. Por otra parte, la principal desventaja de esta alternativa es que el conjunto de pozos, aunque operado por un organismo federal, se encuentra fuera de los límites de Coacalco, es decir dentro del municipio de Ecatepec de Morelos. Al igual que las demás propuestas antes mencionadas, ésta se evaluará para su posible aplicación. 1.2.9 Propuesta seleccionada. Todas y cada una de las propuestas son aplicables en cierta medida, pero lo que se busca es solucionar de una manera eficaz, rápida y a bajo costo el problema del insuficiente servicio de agua potable en la colonia en cuestión. Una vez analizadas cada una de ellas, se llegó a la conclusión de que el “Sistema de Bombeo” mencionado en el inciso 1.2.8., es la propuesta adecuada para resolver nuestro problema. Por lo tanto, a partir de este punto se comenzará con el desarrollo de esta propuesta la cual de un modo general, presentaría los siguientes beneficios básicos:

El sistema sería independiente de la red de distribución del municipio de Coacalco. El abastecimiento de agua a la colonia sería durante la mayor parte del día. Entre la fuente de abastecimiento y estación de bombeo no existen asentamientos humanos que impidan la construcción de la línea de conducción.

El tiempo de planeación y ejecución, sería relativamente corto. La dotación de agua la proporcionaría un pozo perteneciente a la CNA, lo cual es garantía de abastecimiento.

La operación de la estación de bombeo de la colonia prácticamente sería la misma. El abastecimiento podría darse a colonias cercanas a la línea de conducción.

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1.3 ANTECEDENTES DEL SISTEMA DE BOMBEO. La constitución del sistema, es sencilla: una línea de conducción que parta de algún pozo cercano hacia la estación de bombeo de la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”, por lo tanto el pozo que servirá para nuestro propósito es el siguiente: la derivación del pozo 10 del ramal o batería de pozos llamado “Los Reyes Ecatepec”, ubicado en el margen izquierdo del canal Castera en los municipios de Tultitlán y Ecatepec. Si se traza una línea perpendicular desde el eje del acueducto hacia la cisterna, tenemos una distancia de aproximadamente de 2 km, entre ambos. El que la derivación sea de este pozo es para que la distribución de la tubería, no se afecte ninguna zona poblada. Para ir teniendo una idea mas clara, con información real de la fuente de abastecimiento propuesta y de la estación de bombeo, se hará una breve síntesis de sus antecedentes y del estado actual con datos y características de cada una de ellas. 1.3.1 Pozo Nº 10 del ramal Los Reyes Ecatepec (ref. 6). Este ramal se ubica en el margen izquierdo del canal Castera en los municipios de Tultitlán y Ecatepec, compuesto por 35 pozos profundos, su línea de conducción llega a la planta de bombeo Ecatepec, la cual rebombea el caudal al tanque de Cerro Gordo, de este sitio se conduce por gravedad a la planta de bombeo “El Risco”, la cual hace la entrega final en el tanque “Santa Isabel” del D.F. El pozo elegido para la derivación es el número 10, porque cumple aspectos como: cercanía con la cisterna, mejor ubicación en función de la distribución de la tubería, no tiene derivación y actualmente se encuentra operando. El estado físico actual y la ficha técnica de este pozo se muestran en la figura 1 y tabla 1 respectivamente:

Figura 1. Pozo Nº 10 del ramal “Los Reyes Ecatepec” (ref. 6).

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1. Pozo. Modelo: LC1F265 Diámetro ademe 1º: 16 plg. Tamaño nema: 5 Prof. cambio ademe: 100.66 m. Relevadores de sobrecarga. Diámetro ademe 2º: 26 plg. Marca: SIEMENS Inicio ademe rasurado: 40.00 m. Rango: 150-180 A Profundidad total: 202.61 m. Bobina de control. Nivel estático: 67 m. Marca: SIEMENS Q aforo actual: 80 lps. Piezas: 1 (Una) Presión de trabajo: 3.00 Kg/cm2. Voltaje 440 V Nivel dinámico (prom.): 97 m. Transformador de control. Carga Dinámica Total: 100.9 mca. Marca: EE1

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

3. Tubería de columna. Tipo: brigam esfera Dimensiones (φ x long.): 6 plg. X 3.05 m Válvula de Compuerta. Cantidad de Tubos: 40 Marca: BRIGAM Longitud total tubería: 122 m. Diámetro: 3 plg Tipo de Cuerda: Cónica Válvula Check.

4. Cabezal de descarga. Marca: Missión Marca: GOULDS Diámetro: 10 plg Dimensiones: 24 plg. X 10plg Válvula de Compuerta.

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

6 Transformador de Potencia Marca: Keystone Marca: ESA Diámetro: 10 plg Capacidad: 150 KVA 10. Caseta. Voltaje (prim./sec.) 23000/440 Frente: 15 m Capacidad de Aceite: 405 litros Fondo: 6.50 m

7. Subestación Eléctrica. Altura: 3 m Marca: ENERGOMEX Espesor: 0.20 m Capacidad: 200 KVA Techado: malla ciclónica Tipo: EME-6 11. Cable Alimentador Motor.

8. Tablero de Baja Tensión: Calibre: 3 x 1/0 Contactores. Tipo: Sumergible

Marca: SIEMENS Longitud: 128 m Piezas: 3 (tres) Línea(s) 1

Tabla 1. Ficha técnica del pozo Nº 10 del ramal los Reyes Ecatepec (ref. 6).

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1.3.2 Estación de bombeo de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna. Los orígenes de esta estación se dan desde la misma construcción de la unidad habitacional, pero la operación de esta se da a partir del año 1992, fecha en la cual los departamentos empezaron a ser habitados. Se encuentra en la calle Nicolás Morelos s/n, colonia Potrero la Laguna, a un costado de la escuela primaria Francisco González Bocanegra. Los datos de la estación de bombeo se muestran en la tabla 2 y su aspecto físico actual en la figura 2:

Concepto Descripción Capacidad: 650.00 m3; 650,000 litros

Alto: 3.00 m.

Lado: 16.59 m.

Fondo: 14.65 m.

Espesor: 0.22 m.

Material: Concreto.

Cisterna ó

Tanque regulador

Observaciones:

Se encuentra seccionada en 9 (nueve) cámaras, repartidas simétricamente dentro de esta, y con una ventana de 30cm por lado, al centro de cada muro de división. El caudal recibido es de 13.5 lps.

Soportes: 4 pzs., en forma de “L”; de Lado1= 1.26m, Lado2= 2.23m y t= 0.4m

Altura: 21.5 m (hasta la base del tanque elevado). Torre

Material: Concreto.

Dimensiones: L= 3.25m, A= 5.55m y H= 6.25m

Espesor: 0.25m, excepto la loza que es de 0.18m

Capacidad: 106 m3: 106,000 litros. Tanque elevado

Material: Concreto. Tabla 2. Ficha técnica de la estación de bombeo (ref. 7).

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(a) (b)

Figura 2. Estación de bombeo de la 2ª sección de la Col. “Potrero la Laguna” (ref. 7). Esta cisterna cuenta con tres equipos de bombeo centrífugos verticales, tipo turbina, cuyos datos se muestran en la siguiente tabla:

Concepto Descripción Marca: IEM Volts: 220/440 Tipo: HPHAPG Potencia: 20 H.P. Fases: 3 φ Corriente: 56/20 A Polos: 4 R.P.M.: 1750 Armazón: 256 TP Modelo: 790166102

Motor:

Frecuencia: 60 Hz. Factor de servicio: 1.5 Tabla 3. Placa de datos de los motores de los equipos de bombeo (ref. 7).

1.3.2.1 Sistema de distribución por medio de bombas. En general cuando se emplea este método, el exceso de agua abastecida se almacena en tanques elevados o en depósitos. Para conseguir almacenar el agua a una cota elevada se construyen depósitos de tierra o de mampostería, situados en terrenos altos o tanque elevados o bien en ambos puntos. Como el agua almacenada en períodos de bajo consumo proporciona una reserva, este método proporciona una amplia seguridad para abastecer a la red de distribución en los períodos de alto consumo.

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El almacenamiento de agua necesaria, se hace con las siguientes finalidades:

Igualar el rendimiento de las bombas durante el día; Reducir costos de operación de las bombas; Regular el suministro y demanda en los períodos prolongados de alto y bajo consumo;

Proporcionar agua para necesidades urgentes; Prevenir la sobreexplotación de la fuente de abastecimiento; Controlar las variaciones de presión en las redes de distribución, las cuales oscilan entre 1.5-0.5 kgf/cm2.

1.3.2.2 Operación de la estación de bombeo. Esta estación tenía planeado operar en tres turnos y con tres equipos: en la mañana de 5:00 a 12:00 horas, en la tarde de 14:00 a 17:00 horas y en la noche de 19:00 a 22:00 horas. Actualmente la estación cuenta con dos equipos de bombeo, mostrados en la figura 3, pero al iniciar el trabajo de esta estación de bombeo se contaban con tres equipos.

Figura 3. Equipos de la estación de bombeo.

Inicialmente el rol de lo equipos era el siguiente: el primero, opera continuamente para mantener abastecida la red y el tanque; el segundo, regula el nivel de agua en los tanques regulador y elevado; y el tercero se tiene de reserva por si alguno de los dos primeros falla.

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La estación opera de la siguiente manera: a) Primer turno (5:00-12:00 horas).

5:00 a 6:00 horas. Primer período de abastecimiento. Se arrancan 2 equipos de bombeo, para abastecer a la red de la colonia y al tanque elevado. Este es el tiempo en que tarda en llenarse el tanque elevado. Al término de este tiempo se para un equipo de bombeo y el otro continúa el suministro a la red y al tanque elevado. En este período la válvula de seccionamiento que está, a la entrada de la estación de bombeo permanece totalmente abierta, permitiendo el paso de aproximadamente 13.5 lps.

6:00 a 9:30 horas. Se opera con un solo equipo de bombeo para mantener el nivel de agua en el tanque elevado hasta las 9:30, hora en que dentro del tubo comienza a escucharse turbulencia, lo que quiere decir que éste, ya no va lleno. En este período la válvula de seccionamiento (a la entrada de la estación), permanece parcialmente abierta, permitiendo el paso a 6.7 lps, aproximadamente.

9:30 a 11:30 horas. Segundo período de abastecimiento. Se operan 2 equipos de bombeo, para abastecer a la red de la colonia y al tanque elevado. Este es el período de más demanda debido a las actividades en la unidad. Al término de este período, una alarma fabricada por el operador de la estación, anuncia que el tanque está lleno. A partir de esa hora la distribución a la unidad es, esperando a que el tanque se vacíe, lo cual tarda en promedio 30 minutos. Al final de este período la válvula de seccionamiento se encuentra totalmente cerrada. Para arrancar los equipos de bombeo, en el tanque de regulación tiene que haber un nivel mínimo de 0.6 metros, de lo contrario las bombas comenzarían a trabajar en vacío. Esta manera de operar en la estación de bombeo, es cuando en el tanque de regulación se reciben aproximadamente 13.5 lps, otorgados por S.A.P.A.SA.C. Si por algún motivo llega menos gasto, se tendría que bombear el agua cada que esté lleno el tanque de regulación y tener la válvula de seccionamiento totalmente abierta y abastecer con un solo equipo de bombeo, bajo esta circunstancia los horarios se reducen aún más. En los siguientes turnos se operan del mismo modo. b) Segundo turno (14:00–17:00 horas).

14:00 a 15:00 horas. Se operan dos bombas para abastecer la red y el tanque elevado. Al final de este período la alarma avisa que el tanque elevado está lleno y que hay que apagar un equipo de bombeo. La válvula de seccionamiento esta totalmente abierta.

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15:00 a 16:00 horas. Se trabaja con una bomba, para continuar con la distribución a la red. La válvula de seccionamiento está parcialmente abierta permitiendo el paso a cerca de 6.7 lps.

16:00 a 16:30 horas. Disminuye la demanda pero aun así, se opera con dos bombas para mantener lleno el tanque elevado. Teniendo ahora un tiempo de llenado en el tanque elevado de 30 minutos. La válvula de seccionamiento está parcialmente abierta. Al final de este periodo se paran los dos equipos de bombeo y se espera a que el tanque elevado se vacíe, lo cual ocurre en aproximadamente 30 minutos. A las 16:30 horas, la válvula de seccionamiento se cierra totalmente. c) Tercer turno (19:00-22:00 horas).

19:00 a 20:00 horas. Se operan dos bombas para abastecer la red y el tanque elevado. Al final de este período, la alarma avisa que el tanque elevado está lleno y que hay que parar un equipo de bombeo. La válvula de seccionamiento a la entrada de la estación está totalmente abierta.

20:00 a 21:00 horas. Se trabaja con una bomba, para continuar con la distribución a la red. La válvula de seccionamiento está parcialmente abierta.

21:00 a 21:30 horas. Disminuye la demanda pero aun así, se opera con dos bombas para mantener lleno el tanque elevado. Teniendo ahora un tiempo de llenado en el tanque elevado de 30 minutos. La válvula de seccionamiento esta parcialmente abierta. Al final de este periodo se apagan los dos equipos de bombeo y se espera a que el tanque elevado se vacíe, lo cual ocurre en aproximadamente 30 minutos. La válvula de seccionamiento se cierra totalmente. El tiempo de llenado del tanque regulador es de 31/2 horas, con un caudal constante de 13.5 lps. Principalmente por las fluctuaciones de la demanda, por los cambios de horario y de estación climática, los horarios de rebombeo pueden variar entre ± 10 minutos, pero en promedio estas son las condiciones de operación diarias.

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CAPÍTULO II.

DATOS NECESARIOS PARA EL SISTEMA DE BOMBEO. Con la información presentada en este capítulo comenzaremos a dar forma a nuestro proyecto en cuanto a: periodo de diseño, poblaciones, consumo, demanda, dotación, gastos de diseño y normas o reglamentos que se tomarán en cuenta, todo ello para tener un buen diseño del “Sistema de Bombeo”. Este marco teórico, precederá los criterios para la aplicación del proyecto. 2.1 NORMATIVIDAD Y REGLAMENTACION APLICABLE AL SISTEMA DE BOMBEO. Las dependencias federales como la Comisión Nacional del Agua; estatales, como la Comisión del Agua del Estado de México y municipales, como es el Servicio de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Coacalco, tienen como objetivos principales: la administración de las agua nacionales, modificar y hacer cumplir leyes del sector hídrico, llevar acabo la evaluación y el desarrollo de proyectos. Todo partiendo del artículo 27 de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos. Ahora tomaremos en cuenta todas las normas y reglamentos los cuales podrán ser determinantes en la planeación, desarrollo y construcción del sistema de bombeo. Todas las leyes o reglamentos referentes a este proyecto se mencionarán durante el desarrollo del mismo. 2.1.1 Ley de aguas nacionales y su reglamento (ref. 10). Es reglamentaría del artículo 27 de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos en materia de aguas nacionales. Sus disposiciones son de orden público e interés social y tiene por objeto regular la explotación, uso o aprovechamiento de dichas aguas, su distribución y control así como la preservación de su cantidad y calidad para lograr su desarrollo integral sustentable. Las disposiciones de esta ley son aplicables a todas las aguas nacionales, sean superficiales o del subsuelo. Las disposiciones aplicables a nuestro proyecto serán las siguientes: artículos 14 BIS, fracciones II, III; 17; 20; 21; 23 BIS; 24; 25; 28; 29; 46; 96 BIS 2, fracción IV. Por parte del reglamento las disposiciones aplicables son las siguientes: artículos 18; 19; 20; 22; 28; 29; 81; 82 fracciones I, II; 157; 160 fracciones I, V; 162; 163.

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2.1.2 Ley del agua del Estado de México (ref. 11). Esta ley es reglamentaria de la ley de aguas nacionales, en materia de aguas estatales; sus disposiciones son de orden público e interés social y tiene por objeto regular la explotación, uso o aprovechamiento de dichas aguas, su distribución y control, así como la preservación de su cantidad y calidad para lograr su desarrollo integral sustentable. Las disposiciones aplicables a nuestro proyecto serán las siguientes: artículos 7; 8; 9, fracciones I, II; 10; 11, fracción II; 39; 40, fracción II; 49; 58; 63; 69, fracciones I, II. 2.1.3 Servicio de agua potable, alcantarillado y saneamiento de Coacalco (Ref.

12). Para la administración y control de las aguas que estén dentro del territorio municipal, el manejo se regirá de igual modo por los reglamentos federales y estatales. Para proyectos de agua potable será necesario utilizar las normas que emiten los organismos federales. Para el pago de impuestos, implantación de sistemas hidráulicos y acciones de mantenimiento, existe un organismo oficial denominado Servicio de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Coacalco (SAPASAC). Este es un organismo oficial descentralizado del poder público municipal y opera bajo las estipulaciones de los artículos 1, fracciones III, IV, V, VIII; 2, fracciones I, IV, V, VIII, XIX, XX, XXI, XXIII, XXV, XXIX, XXXI, XXXII, XXXIII, XXXIV, XXXV, XXXVI; 17,18, fracción II; 19-24, 28, 30, 31, 33 de la ley del agua del Estado de México. 2.1.4 Normas oficiales mexicanas del sector agua (ref. 10). El comité consultivo nacional de normalización del sector agua dependiente de la CNA, expide normas oficiales mexicanas en la materia, mediante las cuales ejerce las atribuciones que le confiere la Ley de Aguas Nacionales y su reglamento, como son aprovechar adecuadamente y proteger el recurso hídrico nacional. Estas normas garantizan que los organismos operadores de sistemas de agua potable, cumplan con el objetivo de aprovechar, preservar y manejar eficientemente el agua. Las normas oficiales mexicanas del sector agua en vigor y aplicables a nuestro proyecto son las: NOM-013-CNA-2000. Redes de distribución de agua potable, especificaciones de hermeticidad y métodos de prueba. NOM-230-SSA1-2002. Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano, requisitos sanitarios que se deben cumplir en los sistemas de abastecimiento públicos y privados durante el manejo del agua. Procedimientos sanitarios para el muestreo.

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2.2 DATOS DE DISEÑO. 2.2.1 Períodos de diseño. Es el intervalo de tiempo durante el cual se estima que la obra por construir llegue a su nivel de saturación; este período debe ser menor que la vida útil. Los elementos de un sistema de agua potable se proyectan con una capacidad prevista hasta el periodo de diseño. Rebasado el período de diseño, la obra continuará funcionando con una eficiencia cada vez menor, hasta agotar su vida útil. Para definir el periodo de diseño de un proyecto se recomienda, hacer un listado de todas las estructuras, equipos y accesorios más relevantes del funcionamiento y operación del proyecto (tabla 4) y en base a la lista anterior, determinar la vida útil de cada elemento del proyecto (tabla 5).

Elemento. Periodo de diseño (años). Pozo 5 Línea de Conducción 5 a 20 Estación de Bombeo 5 a 10

Tabla 4. Periodos de diseño para sistemas de agua potable (ref. 1). 2.2.1.1 Vida útil. Es el tiempo que se espera que la obra sirva a los propósitos de diseño, sin tener gastos de operación y mantenimientos elevados, que hagan antieconómico su uso o que requiera ser eliminada por insuficiente. En la selección de la vida útil, es conveniente considerar que generalmente la obra civil tiene una duración superior a la obra electromecánica y de control. Así mismo las tuberías tienen una vida útil mayor que los equipos, pero no tienen la flexibilidad de éstos, puesto que se encuentran enterradas. Tampoco hay que olvidar que la operación y mantenimiento es preponderante en la duración de los elementos, por lo que la vida útil dependerá de la adecuada aplicación de los programas preventivos correspondientes. Se deben tomar en cuenta todos los factores, características y posibles riesgos del proyecto, para establecer adecuadamente el período de vida útil de cada una de las partes del sistema de agua potable. Para ello nos apoyaremos en la siguiente tabla:

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Elemento. Vida útil (años). Pozo: Equipo Electromecánico 8 a 20 Línea de Conducción: 20 a 40 Estación de Bombeo: Equipo Electromecánico 8 a 20

Tabla 5. Vida útil de los elementos de sistemas de agua potable (ref. 1). La vida útil del equipo electromecánico, presenta variaciones muy considerables, principalmente en las partes mecánicas (impulsores, columnas, portachumaceras, flechas, etc.), la cual se ve disminuida notablemente debido a la calidad del agua y a las condiciones de operación como son las velocidad de la bomba, distribución geométrica en la estación de bombeo y paros y arranques frecuentes. Observando las tablas 4 y 5, se ha tratado de definir un periodo de diseño para este proyecto y el principal elemento de que consta este sistema es la línea de conducción, aún no podemos decir si los equipos de bombeo de los pozos y de la estación de bombeo se cambiarán por tanto tomaremos el valor mínimo del período de diseño de la línea de conducción. Para el elemento principal, se recomienda de 5 a 20 años y como el valor máximo de este periodo de diseño, entra también en la vida útil de los demás elementos. Por tanto se ha elegido un tiempo de 20 años, como periodo de diseño. Siendo este período menor al tiempo en el cual se podrá explotar la fuente de abastecimiento, que por ser un pozo con título federal, sólo se permitirá hacerlo por 30 años como máximo, de acuerdo a la (ref. 10). El periodo de diseño, se utilizará para los cálculos posteriores. 2.2.2 Población. Hay que conocer como ha venido creciendo la población de la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”, en base a datos censales y registros de usuarios de servicios públicos, etc., esto para tener un dato preciso de cual será el volumen de agua que se necesitará para poder cubrir las necesidades de la población ahora y durante los 20 años que comprende el período de diseño del sistema de bombeo. 2.2.2.1 Población actual. Con ayuda de los datos censales del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, INEGI (ref. 8), visitas de reconocimiento en la localidad y el registro de usuarios del servicio de agua potable proporcionado por S.A.P.A.SA.C. (ref. 9), se tiene lo siguiente:

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La segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna” tiene un número de 176 edificios. Los edificios tienen el común de ser de 5 niveles, a pesar de ello no todos son iguales, existen edificios que se forman de 20 departamentos y otros sólo de 10 departamentos. Siendo entonces 114 edificios de 10 departamentos y 62 de 20 departamentos, dando como resultado un total de 2,380 departamentos. En la siguiente tabla se muestran los datos de ambos organismos:

Año Densidad de la

población (habitantes/dpto.)

Censos del INEGI

(habitantes)

Registro S.A.P.A.SA.C. (habitantes)

Habitantes promedio de las

dos fuentes 1992 3 7,140 5,934.0 6,537.0 1995 3.6 8,800 7,120.8 7,960.4 2000 4.4 10,560 8,703.2 9,631.6 2005 5.5 13,200 10,879 12,039.5

Tabla 6. Determinación de la población actual. Por lo tanto, se tiene una población en la segunda sección de la “U.H. Potrero la Laguna”, en este año 2005, de 12,039.5 habitantes. Esta última población nos servirá como base para cálculos como: población de proyecto, consumo, demanda, dotación, etc. para el año 2025. 2.2.2.2 Población de proyecto. Es la cantidad de personas que se espera tener en la localidad al final del período de diseño del sistema de agua potable. Los factores del cambio futuro en la población son: el aumento natural (más nacimientos que muertes) y la migración neta (movimientos de las familias hacia adentro y hacia fuera de un área determinada). En referencia de cómo se estimará la proyección en un futuro (20 años), tendremos que aplicar nuestro criterio y algunos factores que hay que tomar en cuenta. Podemos seguir la línea de algún método estadístico, para determinar la cantidad de habitantes, pero en este caso, será mejor hacer las siguientes indicaciones:

En 13 años, la colonia ha demostrado un incremento, al punto de llegar a tener una densidad de población de 5.5 habitantes por departamento. Este valor puede aumentar a 6 ó 6.3 habitantes por departamento, lo que provocaría que estos buscaran otro lugar para residir.

Es un hecho que la población no crecerá en función del crecimiento de la unidad habitacional, es decir, esta comunidad ya tiene un número de edificios y por consiguiente un número de departamentos inalterable y el abastecimiento de agua será para los 2,380 departamentos.

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Las características y diseño de los departamentos son tales, que en promedio no se puede tener a más de 6 ó 6.3 habitantes en cada uno y que de lo contrario el estatus de vida sería un tanto incómodo, pero aún así el volumen de agua requerido en los próximos 20 años se determinará con el límite de habitantes por departamento.

Debido a ello, los que en un principio habitaron los departamentos a una edad adolescente, actualmente con el objeto de buscar un mejor nivel de vida, emigran a otras colonias, municipios o estados.

Los índices de mortalidad, aunque menores en comparación con los de natalidad, es un factor que no hay que despreciar para la estimación de la población en los siguientes 20 años.

Al seguir un modelo estadístico para estimar la población en un futuro, podremos tener un valor correcto, pero sin tomar en cuenta los argumentos anteriores, al graficar los resultados tendríamos una cantidad de habitantes desmedida. Aumentando el número de manera similar como se muestra en la gráfica 1, que representa el aumento histórico de la población en la colonia, donde se puede observar que sería de forma lineal.

0100020003000400050006000700080009000

10000110001200013000

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Años.

Habitante

s.

Gráfica 1. Población histórica en la segunda sección de la colonia “Potrero la Laguna”.

Es por ello que, aplicando nuestro criterio se incrementará en un 25% el valor de la población actual, para tener una cantidad aproximada de habitantes, para los 20 años de proyección del “Sistema de Bombeo”. Quedando de la siguiente manera:

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Año Número de habitantes

% Aumentado

Incremento de habitantes en 20 años

Población estimada año 2025

2005 12,039.5 25 3,009.8 15,049.37

Tabla 7. Estimación de la población. Antes de llegar a la conclusión de aumentar en un 25% el número de habitantes, para estimar la población dentro de 20 años, es muy importante decir que si se hicieron cálculos siguiendo un modelo estadístico de ajuste lineal, basado en el “Método de Mínimos Cuadrados” (ref. 2). Aunque el número la población correctamente pronosticada bajo este método para el año 2025, era de 75,618 habitantes, se hubiera tomado en cuenta este valor sólo si el número de viviendas, también aumentaba. De cualquier manera se muestran los cálculos a continuación: Los censos históricos graficados como población en el eje de las ordenadas y los años en el de las abscisas, tendió a mostrar una recta (gráfica 1), por lo tanto, para proyectar la población hacia los siguientes 20 años se utilizará el ajuste lineal, basado en el método de mínimos cuadrados, de acuerdo al “Manual de Normas de Proyectos de Agua Potable y Alcantarillado”, de la CNA.

Año. ( t )

Número de habitantes.

( P ) t2 (E3) P2 (E3) t . P

1992 6,537.0 3,968 42,732 13,106,685 1995 7,960.4 3,980 63,367 15,920,800 2000 9,631.6 4,000 92,767 19,215,042 2005 12,039.5 4,020 144,949 23,982,684

∑ t= 7,992 ∑ P= 36,168.5 ∑ t2= 15,960 ∑ P2= 343,815 ∑ (t.P) = 72,225,211 Tabla 8. Variables y sumatorias para uso de ecuaciones de proyección lineal (ref. 2).

Ecuaciones:

P = a + b t - 1 - (ref. 2) Donde: P = Número de habitantes. a y b = Coeficientes de regresión. t = Valor del tiempo.

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Para determinar (a) y (b) se tiene:

- 2 - (ref. 2)

- 3 - (ref. 2)

Por lo tanto la ecuación de ajuste es: P = - 4,917,526.3 + 2,465.75 ( t ) - 4 - (ref. 1)

Con esta ecuación se podrá calcular la población para cualquier año futuro, al valor de tiempo (t), o en nuestro caso, para los siguientes 20 años de proyección de población.

Año Población histórica

(habitantes) Ajuste lineal

(habitantes) (ecuación 4) 1992 6,537.0 1995 7,960.4 1,644.95 2000 9,631.6 13,973.7 2005 12,039.5 26,302.45 2010 38,631.2 2015 50,959.95 2020 63,288.7 2025 75,618.45

Tabla 9. Proyección de la población, valores obtenidos con la ecuación (4) (ref. 2).

Graficando los datos anteriores, tenemos que:

01000020000300004000050000600007000080000

1992 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025Años

Pobla

ción

Gráfica 2. Proyección de la población (ref. 1).

NtbP

a ti ∑−∑=

22 )()(

it

itit

ttNPtPtN

b∑−∑

∑∑−∑=

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2.2.3 Consumo. Es la parte del suministro de agua potable que utilizan los usuarios, sin considerar las pérdidas en el sistema. Se expresa en unidades de m3/día o l/día. Para la determinación del consumo de agua potable en la localidad, se considerará que no se cuentan con estadísticas de consumo, el cual es totalmente doméstico. Es por eso que primero se determinará la clase socioeconómica de nuestra colonia (tabla 10), enseguida se clasifica la región por tipo de clima en función de la temperatura media anual (tabla 9) y por último se obtiene el consumo (l/hab/día), de la clase socioeconómica de nuestra colonia en función del tipo de clima de la región en que se encuentre (tabla 11).

Clase socioeconómica Descripción del tipo de vivienda.

Residencial Casa solas o departamentos de lujo, que cuentan con dos o mas baños, jardín de 50m2 o más, cisterna, lavadora.

Media Casas y departamentos, que cuentan con uno o dos baños, jardín de 15 a 35m2 y tinaco.

Popular Vecindades y casa habitadas por una o varias familias, que cuentan con un jardín de 2 a 8m2, con un baño o compartiéndolo.

Tabla 10. Tipos de usuarios domésticos (ref. 1).

Temperatura media anual, ( º C ) Tipo de clima. Mayor que 22 Cálido De 18 a 22 Semicálido

De 12 a 17.9 Templado De 5 a 11.9 Semifrío Menor que 5 Frío

Tabla 11. Clasificación de climas por su temperatura (ref. 1). Nuestra colonia por encontrase en el municipio de Coacalco, presenta una temperatura media anual de 20 ºC (ref. 12), por lo tanto el tipo de clima que seleccionaremos será, semi-cálido. Como se puede ver en la tabla 12, por el tipo de clase socioeconómica que tenemos, nos corresponden 205 (l/ hab/ día), en función del tipo de clima que presenta el municipio.

Consumo por clase socioeconómica (l/ hab/ día). Tipo de clima

Residencial Media Popular Cálido 400 230 185

Semicálido 300 205 130 Templado 250 195 100

Tabla 12. Consumos domésticos per cápita (ref. 1).

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Ahora bien, el consumo doméstico (m3/día), de los habitantes en la segunda sección de la “U. H. Potrero la Laguna”, es el resultado de multiplicar: el cociente del consumo per cápita entre 1000, por la población por clase socioeconómica. Esto se puede hacer para la población actual (tabla 13) y para la población de proyecto (tabla 14).

Clase socioeconómica

Consumo doméstico per capita ( l/ hab/ día )

Población por clase socioeconómica

Consumo doméstico ( m3 / día )

Media 205 12,039.5 2,468.097 Tabla 13. Consumo doméstico en el año 2005 (ref. 1).

Clase Socioeconómica

Consumo doméstico per capita ( l/ hab/ día )

Población por clase socioeconómica

Consumo doméstico ( m3 / día )

Media 205 15,049.37 3,085.12 Tabla 14. Consumo doméstico en el año 2025 (ref. 1).

2.2.3.1 Pérdidas físicas. Las pérdidas físicas se refieren al agua que se escapa por fugas en las líneas de conducción, tanques, redes de distribución y tomas domiciliarias. En estudios de campo se ha definido que estas pérdidas se determinan a partir de muestreos de inspección y aforo. Estas dependen de factores como: presión de trabajo, calidad de tubería y accesorios, el proceso constructivo, tipo de material, antigüedad de elementos del sistema y el mantenimiento a estos últimos. En caso de no disponer de información, se puede considerar un valor promedio, de acuerdo a experiencias nacionales, del orden del 30% (ref. 1), del volumen suministrado, que es el resultado del estudio de 21 ciudades de la republica mexicana. 2.2.4 Demanda. Es igual al consumo total entre las pérdidas físicas del agua en el sistema. Para efectos de nuestro diseño, se considerará el valor promedio de pérdidas físicas, determinado en el inciso anterior, de un 30% del volumen suministrado.

- 5 - (ref. 1)

( )Demanda

ConsumoDemandaPérdidas −=•

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Despejando la demanda:

- 6 - (ref. 1) Pérdidas = Demanda (% Pérdidas) - 7 - (ref. 1) Para los años siguiente se supondrá que se cuenta con un programa de mantenimiento preventivo, en nuestro “Sistema de Bombeo” que controle y disminuya las pérdidas físicas en un 0.5% anual.

Año Servicio doméstico

2005 2025 Población media 12,039.5 15,045.37 Perdidas (%) 30 20 Consumo (m3/día) 2,468.09 3,085.12 Demanda (m3/día) (ecua. 6) 3,525.8 3,856.4 Pérdidas (m3/día) (ecua.7) 1,057.74 771.28

Tabla 15. Proyección de la demanda, tipo doméstico (ref. 1). 2.2.5 Dotación. La dotación es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando todos los consumos de los servicios y las pérdidas físicas en el sistema en un día medio y sus unidades están dadas en [ l/hab/día ]. La dotación se obtiene de dividir la demanda total entre el número de habitantes, por mil. Dentro del período de diseño (año 2025).

Años Servicio

2005 2025 Población (Habitantes) 12,039.5 15,049.37 Demanda Doméstica (m3/hab) 3,525.8 3,856.4 Dotación de Agua [ l/hab/día ] 293 257

Tabla 16. Dotación de agua para la localidad (ref. 1). 2.2.6 Gastos de diseño.

2.2.6.1 Coeficientes de variación. Los coeficientes de variación se derivan de la fluctuación de la demanda debido a los días laborables y otras actividades.

100(%)1 PérdidasConsumoDemanda

−=

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Los requerimientos de agua para un sistema de distribución no son constantes durante el año, ni el día, sino que la demanda varía en forma diaria y horaria. Debido a la importancia de estas fluctuaciones para el abastecimiento de agua potable, es importante obtener los gastos máximo diario y máximo horario. Los cuales se determinan multiplicando el coeficiente de variación diaria por el gasto medio diario y el coeficiente de variación horaria por el gasto máximo diario respectivamente. Para la obtención de los coeficientes de variación diaria y horaria, para este caso tenemos que considerar los valores de los coeficientes de variación diaria y horaria medios que se obtuvieron del estudio llevado a cabo por el “Instituto Mexicano de Tecnología del Agua” (ref. 1).

Concepto Valor Coeficiente de variación diaria (CVd) 1.4 Coeficiente de variación horaria (CVh) 1.55

Tabla 17. Coeficientes de variación diaria y horaria (ref. 1). 2.2.6.2 Gasto medio diario (Qmed). El gasto medio es la cantidad de agua requerida para satisfacer las necesidades de una población en un día de consumo promedio. El gasto medio diario es:

400,86

DPQmed = - 8 - (ref. 1)

Donde:

Qmed = Gasto medio diario, en lps. D = Dotación, en l/hab/día. P = Número de habitantes. 86,400 = segundos/día.

Años Concepto

2005 2025

Qmed (lps) 40.28 44.76

Tabla 18. Gasto medio diario en (lps) (ref. 1). 2.2.6.3 Gastos máximo diario (QMd) y horario (QMh). Los gastos máximo diario y máximo horario, son lo requeridos para satisfacer necesidades de la población en un día de máximo consumo, y a la hora de máximo consumo en un año cualquiera, respectivamente.

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Estos gastos se obtienen a partir del gasto medio con las expresiones: QMd = CVd Qmed. - 9 - (ref. 1) QMh = CVh QMd - 10 - (ref. 1) Donde: QMd = Gasto máximo diario, en (lps). QMh = Gasto máximo horario, en (lps). CVd = Coeficiente de variación diaria (tabla 17). CVh = Coeficiente de variación horaria (tabla 17). Qmed= Gasto medio diario, en (lps).

Años Concepto

2005 2025 QMd (lps) 56.39 62.66 QMh (lps) 87.4 97.12

Tabla 19. Gastos máximos diario y horario en (lps) (ref. 1). 2.2.7 Coeficientes de regularización. La regularización tiene por objeto cambiar el régimen de suministro (captación, conducción), que normalmente es constante, a un régimen de demandas (de la red de distribución), que siempre es variable. La capacidad del tanque está en función del gasto máximo diario y la ley de demandas de la localidad. El coeficiente de regularización 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 distribuirlas en horas de alta demanda. Cuando no se conoce la ley de demandas de una localidad en particular, se aplican estos valores:

Tiempo de suministro al tanque (horas) Coeficiente de regularización (R) 24 11.0

20 (De las 4 a las 24 hrs.) 9.0 16 (De las 5 a las 21 hrs.) 19.0

Tabla 20. Coeficientes de regularización (ref. 1).

Entonces la capacidad del tanque de regularización se determina con la ecuación (11): C = R QMd - 11 - (ref. 1)

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Donde:

C = Capacidad del tanque, en m3. R = Coeficiente de regularización. QMd = Gasto máximo diario, en (l/s). Los productos obtenidos con la ecuación anterior, se muestran en la tabla 21:

Años Concepto

2005 2025

Capacidad de regularización (m3); R= 11.0

620.29 689.26

Capacidad de regularización (m3); R= 9.0

507.51 563.94

Tabla 21. Capacidad de regularización para la localidad (ref. 1). Aunque nuestro proyecto proponga, que el suministro de agua potable sea en el mayor tiempo posible, durante el día, debido a la capacidad del tanque indicado en la tabla 2, inciso 1.3.2, no nos es posible, más que suministrar agua al tanque en un tiempo de 20 horas por día. Aunque se hayan recortado 4 horas de suministro de las 24 horas que originalmente se pensó para este proyecto, aún así sigue siendo un tiempo adecuado, para cubrir las necesidades y actividades de la colonia.

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CAPÍTULO III.

Memoria de Cálculo. En el presente capítulo con la ayuda de conceptos básicos de Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas determinaremos el valor de incógnitas ó variables como el gasto volumétrico (Q), pérdidas hidráulicas (Hh), golpe de ariete, entre otros. En otras palabras, se desarrollarán aspectos técnicos, proporcionando más datos y argumentos para el diseño, selección de equipo, materiales de los elementos del sistema y comenzar a trazar las líneas de conducción hasta la estación de bombeo. 3.1 CÁLCULOS PREELIMINARES. A continuación se realizarán los cálculos de acuerdo a los datos obtenidos en el capítulo II, con la ayuda de las tablas y ecuaciones utilizadas en los incisos anteriores, para determinar las características de los elementos como lo son: la tubería, zanjas para la tubería, pérdidas por fricción, equipos de bombeo para la fuente de abastecimiento y la estación de bombeo, etc. 3.1.1 Diámetro de la tubería. La tubería es el medio a través del cual se va a trasladar el fluido, desde la fuente de abastecimiento hasta la estación de bombeo. Este es un elemento principal del sistema, ya que en él se basó la proyección para el sistema de bombeo. Para un diámetro dado, cuanto mas gruesa sea la pared de la tubería mayor será la presión que soportará y el costo por unidad de longitud de tubería aumentará con la cantidad de material, la cual es proporcional al diámetro multiplicado por el espesor. Por tanto, se elegirá el diámetro mínimo que al mismo tiempo satisfaga los requerimientos de flujo y el mínimo espesor de la pared que sea capaz de soportar la máxima presión que se espera en el sistema a fin de reducir al mínimo el costo de la tubería. De un modo sencillo, el diámetro de la tubería se calculará con ayuda de la ecuación de continuidad: Q = V A - 12 - (ref. 4) Donde:

Q = Gasto volumétrico (m3/s ó lps). V = Velocidad del fluido (m/s). A = Área por la que el fluido corre (m2).

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El único dato con que se cuenta es el gasto volumétrico, que para cuestiones de diseño tomaremos el gasto máximo horario proyectado a 20 años el cual es de 97.12 lps de acuerdo a la (ref. 1), el área es la incógnita y la velocidad la podemos tomar de la tabla 20 (ref. 4), la cual nos muestra la velocidad de flujo para diferentes usos:

Servicio Velocidad Alimentación a calderas. 2.4 a 4.6 m/s (8 a 15 ft/s) Succión de bombas a líneas de descarga. 1.2 a 2.1 m/s (4 a 7 ft/s) Servicios generales. 1.2 a 3.0 m/s (4 a 10 ft/s) Distribución de agua potable. Hasta 2.1 m/s (7 ft/s)

Tabla 22. Velocidades utilizadas para el flujo de agua en tuberías (ref. 4). Sustituyendo en la ecuación (12), se tiene: 0.09712 m3/s = ( 2.1 m/s ) ( A )

Despejando el área: sm

smA/1.2

/09712.0 3

=

De la fórmula del área circular: 22

04624.04

mD=

π

Despejando el diámetro: π

)4(04624.0 22 mD =

Simplificando: 20588.0 mD = Resultando entonces D = 0.242 m (9.5 plg). 3.1.1.1 Velocidad del agua en tuberías. Con ayuda del anexo 1, al final de esta tesis, comprobaremos el valor de la velocidad tomado del manual de CRANE. Se trazará una línea recta de la columna de caudal partiendo en el valor de 0.09712 m3/s, terminando en el valor de 0.242m (9.5 plg) en la columna del diámetro nominal de tubería (anexo 1). Esta línea que se trazo, se intersecta con un valor en la columna de velocidad en metros por segundo, en este punto el valor para la velocidad es de aproximadamente 2.1 m/s. Con esto queda demostrado que el valor de la velocidad seleccionado en la tabla 22, fue el correcto.

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Para efectos de nuestro diseño, dentro de lo gastos de diseño tomamos el valor del gasto máximo horario, ya que es el volumen máximo, que fluirá por la tubería a cualquier hora del día, en cualquier día del año, al menos durante los 20 años de proyección del “Sistema de Bombeo”. Hasta ahora, se tiene la medida de la tubería, pero no el material. Este se elegirá haciendo la evaluación de costos y de sus características. El material de la tubería con el que se hicieron los cálculos anteriores fue un acero cédula 40. El diámetro ya fue calculado pero esta medida no coincide con ningún diámetro comercial. Es por eso que momentáneamente tomaremos el valor inmediato superior en cuanto a tuberías de acero cédula 40, el cual es de 0.254 m (10 plg). 3.1.2 Línea de conducción. El conjunto de elementos, cualesquiera que sean, que formen la línea de conducción deben garantizar su estanquidad y hermeticidad, cumpliendo como mínimo con las características, especificaciones y métodos de prueba que se establecen en las normas mexicanas de producto, mencionadas en el capítulo 3 de la NOM-013-CNA-2000 (ref.

17), las cuales son complemento de esta última. 3.1.2.1 Ubicación del “Sistema de Bombeo”. La ubicación geográfica de la fuente de abastecimiento y de la estación de bombeo, se muestra en la figura 4. La simbología es la siguiente:

Concepto Símbolo

Estación de bombeo

Pozo Nº 10 del ramal “Los Reyes-Ecatepec”.

Línea de conducción. Para tomar medidas, posiciones y trazos correctos se pensó en utilizar un equipo GPS (Global Positioning System), similar a los que utilizan los topógrafos e incluso los vehículos de transporte de valores. El costo de estos equipos es de $2,200.- a $5,300.- y desafortunadamente tampoco se rentan. Por lo tanto, para los siguientes incisos, no apoyaremos en la Guía-Roji de la ciudad de México

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3.1.2.2 Arreglo de la línea de conducción. La línea de conducción se trazará de modo que no afecte ningún domicilio, líneas de teléfono, drenaje, gas natural o cualquier tipo de estructura existente. También procurando que haya la menor cantidad de quiebres o cambios de dirección; esto para evitar las caídas de presión, turbulencia y pérdidas por rozamiento. Para ello, la tubería se colocará, siguiendo una ruta por las calles menos estrechas, procurando que no exista ningún tipo de perjuicio tanto para las comunidades como para a la tubería. 3.1.2.3 Ruta de derivación. La trayectoria se inicia en el pozo 10, del ramal “Los Reyes Ecatepec”, cruzando primero un área baldía y una zona poco habitada de la colonia “Las Golondrinas” del municipio de Ecatepec, por desgracia algunas calles no cuentan con nombre, como puede verse en la figura 4 y por los reconocimientos que se hicieron en el área. La ruta continúa hasta llegar a la Av. Potrero Norte a la altura de la calle Claudio Muñoz. Siguiendo por esa misma calle, continuará y se atravesará la Av. Presidentes de Coacalco hasta el carril sur-norte donde habrá un cambio de dirección a la izquierda para continuar sobre esa avenida, hasta doblar a la derecha en la calle Florentino Saucedo. Sobre esa misma calle continuará la ruta hasta llegar al cruce con la calle Nicolás Morelos en donde dobla hacia la derecha para seguir y terminar a la altura de la estación de bombeo (ver fig. 4).

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Figura 4. Ubicación territorial del “Sistema de Bombeo”. 3.1.2.4 Tren de Derivación. En el pozo se contará con el siguiente diseño para la tubería de derivación o propiamente dicho, tren de derivación, mostrándose en la figura 5a únicamente la ubicación de las dos interconexiones, la del pozo con el acueducto y la del pozo con nuestro tren derivador. En la figura 5b, se muestran las piezas o elementos que integrarán el tren derivador vistas en posición vertical al eje de la tubería:

MUNCIPIO DE TULTITLAN MUNICIPIO DE

MUNICIPIO DE ECATEPEC

MUNICIPIO DE COACALCO

N

Esc: s/e

CANAL DE AGUAS NEGRAS

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a) Ubicación de la derivación.

b) Elementos del tren derivador.

Figura 5. Tren derivador en el pozo 10. El punto (“A”) indicado en las figuras 5a y 5b es el límite del pozo, partir de este punto comenzará la tubería hacia la estación de bombeo, la cual se ve distribuida en la gráfica 5. El volumen del atraque, que sujeta a la pieza en “T”, que marca el inicio de la derivación, es de 0.688 m3. El arreglo de la línea de conducción a través de las calles, fue el que se consideró mejor y más adecuado. Para tener una idea más firme en cuanto al tren derivador mostrado en la figura 5, tentativamente será armado del conjunto de piezas especiales de fierro fundido, bridados en sus extremos.

B

N Esc: s/e

i h g f e d c b a “A”

Atraques Escala: s/e

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40

Por ahora solo se pueden contemplar los siguientes elementos, ordenados respecto a la dirección del flujo, es decir desde el inicio de la derivación hasta el punto “A”, mostrados en la figura 5:

a. Pieza especial “T” (10x10 plg) b. Carrete; diámetro= 0.254 m (10 plg); longitud= 0.5 m c. Codo 45º; diámetro= 0.254 m (10 plg) d. Carrete; diámetro= 0.254 m (10 plg); longitud= 0.5 m e. Codo 45º; diámetro= 0.254 m (10 plg) f. Válvula de compuerta de vástago saliente; diámetro= 0.254 m (10 plg) g. Carrete diámetro= 0.254 m (10 plg); longitud= 0.5 m h. Medidor de agua, (tipo propela) i. Carrete; diámetro= 0.254 m (10 plg); longitud= 0.5 m

La tubería de descarga del pozo es de 0.254 m (10 plg) al igual que la de entrada a la estación de bombeo. Momentáneamente podemos manejar este mismo diámetro para la línea de conducción. Podemos apoyarnos del ordenamiento que se dio al tren derivador, como precedente de la longitud total del “Sistema de Bombeo” y poder calcular las pérdidas por fricción. 3.1.3 Zanjas para la instalación de la tubería. Las tuberías se instalan sobre la superficie o enterradas, dependiendo de la topografía, clase de tubería o tipo de terreno. En nuestro caso, para obtener la máxima protección de las tuberías se instalarán en zanja. Además de la protección contra el paso de vehículos, en el tipo de instalación que se adopte, se deben considerar otros factores relacionados con la protección de la línea, como son el deterioro o maltrato de animales, la exposición a los rayos solares, variación de la temperatura, etc. Para determinar las características de la zanja para alojar la tubería, nos apoyaremos en la tabla 23, de acuerdo al Manual de Normas para Sistemas de Agua Potable.

Diámetro nominal

Ancho (Bd)

Profundidad (H)

Espesor de la plantilla

Volumen de la excavación

(cm) (plg) (cm) (cm) (cm) (m3/m) 15.0 6 70 110 10 0.77 20.0 8 75 115 10 0.86 25.0 10 80 120 10 0.96 30.0 12 85 125 10 1.06 45.0 14 90 130 10 1.17

Tabla 23. Dimensiones de zanjas y plantillas para tuberías de agua potable (ref. 1).

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La plantilla consiste en un piso de material fino, que en nuestro caso podemos utilizar tepetate colocado sobre el fondo de la zanja, que previamente ha sido arreglado con la concavidad necesaria para ajustarse a la superficie inferior de la tubería, en un ancho cuando menos igual al 60% de su diámetro exterior. Deberán excavarse cuidadosamente las cavidades o conchas para alojar la campana o cople de las juntas de los tubos, del material que sea, a fin de permitir que la tubería apoye en toda su longitud sobre el fondo de la zanja o la plantilla apisonada. El espesor de este será de 10 cm, como puede verse en la figura 6. El resto de la tubería debe ser cubierto hasta un altura de 30cm arriba de su lomo con material granular fino o bien podemos utilizar el material producto de la excavación, colocado y compactado cuidadosamente con equipo manual, como pueden ser palas y pisones y humedecido adecuadamente con agua tratada, llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubería (apostillado). Este relleno se hace con capas que no excedan de 15 cm de espesor (figura 6). El resto de la zanja podrá ser rellenado a volteo o compactado según sea el caso: si la tubería se instala en zona urbana con tránsito vehicular intenso todo el relleno será compactado, y si se instala en zonas con poco transito vehicular o rurales será a volteo. La siguiente figura muestra lo explicado anteriormente:

Figura 6. Relleno de zanja (ref. 2).

Esc: s/e

h

0.60 DT

DT

30 cm

Relleno Compactado

Relleno a Volteo ó

Compactado

Bd

10 cm

Plantilla

H

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3.1.4 Equipo de bombeo para el pozo. Para comenzar, se seleccionará una bomba centrífuga vertical tipo turbina, ya que de acuerdo al manual de normas de agua potable, alcantarillado y saneamiento (ref. 1), son bombas para servicio en pozos donde el nivel del líquido sobrepasa la altura de succión de las bombas. Estas bombas por lo general se construyen con lubricación por aceite o por el mismo fluido bombeado (autolubricadas) con tazones y difusores. En los siguientes incisos se determinarán los parámetros para poder seleccionar, de entre varios fabricantes, un correcto equipo de bombeo; primero para el pozo Nº 10 y enseguida para la estación de bombeo. 3.1.4.1 Cálculo de pérdidas por fricción (ref. 4). El coeficiente de fricción es la variable de diseño que permite calcular las pérdidas de energía en el escurrimiento por un conducto. Se ha determinado que en el diseño de conductos a presión de sistemas de agua potable, para obtener las pérdidas de energía se utilice el modelo de Darcy-Weisbach. Para el calcular las pérdidas utilizaremos el método de longitudes equivalentes y como primer paso determinaremos que tipo de flujo (laminar, transición a la turbulencia y turbulento) habrá en las tuberías, con ayuda del número de Reynolds (Re), el cual dice lo siguiente: Si Re < 2000; el flujo es laminar. Si 2000 < Re < 10,000; el flujo está en transición a la turbulencia. Si Re > 10,000; el flujo es turbulento. Como el diámetro, tipo material y el fluido es el mismo para toda la tubería, se utilizará la siguiente fórmula:

υ

VD=Re - 13 - (ref. 4)

Donde:

Re = Número de Reynolds (adimensional). V = Velocidad del fluido (m/s). D = Diámetro de la tubería (m). υ = Viscosidad cinemática del agua (m2/s) (anexo 5). Sustituyendo valores en la ecuación (13):

( )

smxmsm/10308.1

254.0/1.2Re 26−= = 407,798.16

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Por lo tanto el tipo de flujo que habrá dentro de la línea de conducción es turbulento y para ello, las pérdidas las calcularemos con la ecuación de Darcy-Weisbach, la cual dice:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

gV

DLfHf

2

2

- 14 - (ref. 4)

Donde: Hf = pérdidas de energía en el escurrimiento por un conducto, (m). f = Coeficiente de pérdidas por rozamiento, (adimensional). L = Longitud total de la tubería, (m). D = Diámetro nominal de la tubería, (m). V = Velocidad del fluido, (m/s). g = Aceleración de la gravedad, (m/s2). Las pérdidas por fricción las calcularemos por longitudes equivalentes, por lo tanto la ecuación (14) quedará de la siguiente manera:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ∑+∑

=g

VD

LeLfHf2

2

- 15 - (ref. 4)

Donde: ∑L = Sumatoria de longitudes de los tramos rectos de tuberías (m). ∑Le = Sumatoria de longitudes equivalentes de accesorios diversos (m). El factor (f) que está en función de dos valores: la rugosidad relativa, que se obtiene de dividir la rugosidad absoluta del material de la tubería (ε) (anexo 4) entre el diámetro de la tubería (D); y del número de Reynolds, que se obtuvo con la ecuación 13. Nos apoyaremos en el diagrama de Moody (anexo 2), para obtener el factor de fricción (f) Por lo tanto de acuerdo con los valores anteriores se obtuvo que: Re = 407,798.16

254.0

00005.0=

Del diagrama de Moody (anexo 2), se tiene que: f= 0.0154

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3.1.4.2 Pérdidas primarias. Para determinar la longitud de los tramos rectos nos auxiliamos de la figura 4, modificada para trabajar únicamente sobre las líneas de conducción, para obtener las siguientes medidas:

Figura 7. Longitud de los tramos rectos de las líneas de conducción.

3.1.4.3 Pérdidas secundarias. Se refiere a la longitud equivalente (Le), de todos los accesorios o elementos del sistema que no se consideren tramos rectos, los cuales pueden ser codos, válvulas, etc. Las longitudes equivalentes de los accesorios se obtuvieron de la siguiente manera: Al final de esta tesis en el anexo 3, se muestra el tipo de accesorio y la fórmula para obtener el coeficiente de resistencia K, al obtener este valor en el anexo 6, se trazó una línea vertical desde el valor del diámetro del accesorio elegido, en el inferior de la columna de “d, diámetros interior de la tubería” hasta la curva correspondiente al valor de K, la intersección de esa dos líneas, se recorre hacia el límite derecho de esta misma columna, desde el cual se traza una línea recta al mismo valor del diámetro del accesorio, en la columna “d, diámetro interior de la tubería”. En medio de estas dos columnas está la propia de las “Le, longitudes equivalentes en metros de tubería”, el punto de cruce de la última recta trazada y ésta columna corresponderá al valor de la longitud equivalente del accesorios en cuestión. Estos mismos pasos se repiten para obtener la (Le) de cualquier accesorio.

N

Esc: 1:22,500

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Se cuentan con los siguientes datos: velocidad del fluido (2.1m/s), diámetro de la tubería (0.254 m) y la constante de la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2); los únicos que faltan, son las longitudes de las derivaciones. Ahora bien, ese dato lo obtendremos con ayudad de la tabla 24.

Elementos de tubería en la línea de derivación. Tramo

Accesorios Le (m) Codo 15º 4.4 *Carrete 0.5 Codo 45º 4.4

Válvula de compuerta 2.0 *Carrete 0.5

Tren de

derivación

*Carrete 0.5 *Tubería 585.0 Codo 22º 1.6 *Tubería 450.0 Codo 22º 1.6 *Tubería 955 Codo 22º 1.6 *Tubería 9.0 Codo 90º 8.2 *Tubería 90.0 Codo 90º 8.2 *Tubería 517.0 Codo 90ª 8.2 *Tubería 67.0

Línea de

conducción

Te 16.0 ΣT = 2,730.70 metros

Tabla 24. Sumatorias de longitudes, en la línea de derivación. (*) Son tramos rectos por lo tanto, la longitud equivalente es la longitud del tramo. Tentativamente, los accesorios del tren de derivación serán de fierro fundido bridados y los de la línea de conducción serán de acero cédula 40, ambos con un diámetro de 0.254 m (10 plg). Sustituyendo valores en la ecuación (15), tenemos que:

Hf = 37.21 m

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

)/81.9(2)/1.2(

254.07.730,20154.0 2

2

smsm

mmHf

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3.1.4.4 Carga dinámica total. Determinaremos la energía requerida para impulsar el líquido desde el nivel de succión hasta el nivel de descarga venciendo la resistencia que ofrecen la tubería y los accesorios, al paso del fluido. En este punto haremos algunas aclaraciones. La carga dinámica total, se define como la suma total de resistencias del sistema, correspondiente a la carga estática total, a la pérdida de carga por fricción en la tubería de succión y descarga y a la carga de velocidad. CDT = He + Hf + Hv - 16 - (ref. 1) Donde: He = hd - hs; Carga estática total, (m). Es la suma algebraica de la carga estática de descarga más la carga estática de succión, pero nuestro caso el sistema es del tipo de altura estática de succión, por lo tanto se restarán ambos términos. En nuestro caso, como se menciono en el segundo párrafo del inciso 3.1.2.1, no sabemos cual es la diferencia de niveles entre la bomba y el tanque de regulación, pero supondremos que ambos están a un mismo nivel, de modo que He, será igual a cero. Hf = Hfs + Hfd; Es la carga requerida para vencer la resistencia de un líquido a fluir en una tubería y sus accesorios, dependiendo del tamaño y tipo de tubo así como de la naturaleza del líquido a manejar y del tipo y cantidad de dichos accesorios. Hv = V2/2g; Es la energía contenida en un líquido, como resultado de su movimiento a una velocidad. Es la carga necesaria para acelerar el fluido. Donde (V) es la velocidad del líquido y (g) es la aceleración de la gravedad. Se tienen los datos de la CDT del pozo (inciso 1.3.1). Los valores de He, Hf y Hv supondremos que están implícitos en el valor de la carga, al menos para el tramo de succión. Por lo tanto la ecuación para determinar la CDT del sistema queda de la siguiente manera: CDT = CDTs + CDTd - 17 - CDT = CDTs + He + Hf1-2 + Hv - 18 - Donde: CDTs = Carga dinámica total de succión (mca). CDTd = Carga dinámica total de descarga (mca).

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Para la CDTd se determinará de igual modo que en la (ecua. 16), utilizando las mismas variables. He, como ya dijimos será igual a cero, ya que la distancia entre el eje de la descarga de la bomba y el nivel del líquido en el tanque será prácticamente el mismo, por encontrarse ambos puntos a la misma altura sobre el nivel del mar. Hf1-2, ya fue calculado y Hv, se obtiene de sustituir valores en la siguiente ecuación:

( )

2

22

/81.92/1.2

2 smxsm

gVHv == - 19 -

Hv = 0.224 m Por lo tanto para determinar la carga dinámica total en la línea de conducción, se sustituyen los datos en la ecuación (17): CDT = CDTs + He + Hf1-2 + Hv CDT = 100.9 m + 0 + 37.21 m + 0.224 m CDT = 138.33 mca (453.83ft). 3.1.4.5 NPSH-D (Carga neta positiva en la succión disponible). A ciencia cierta la carga neta positiva de succión disponible no la sabemos, pero lo que si sabemos es que, esta debe ser mayor a la carga neta positiva en la succión requerida, este dato lo otorga el fabricante en las gráficas de la bomba, por lo tanto teniendo la condición:

NPSH-D ≥ NPSH-R Entonces podemos elegir una bomba que tenga un NPSH-R expresado en metros menor, al valor del nivel estático del pozo. El cual para el pozo Nº 10 del ramal “Los Reyes Ecatepec”, es de 67m. Como práctica común es recomendable agregar un factor de seguridad, al NPSH-D que de acuerdo al Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento se recomiendan los siguientes:

Servicio Factor Para condiciones de instalación bien definidas. (ya instaladas). 1.0 Para diseños de servicios nuevos. 1.1 (mínimo)

Tabla 25. Factor de Seguridad al valor del NPSH-D (ref. 1).

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3.1.4.6 Golpe de Ariete. El golpe de ariete es un fenómeno transitorio y por tanto de régimen variable, en que la tubería ya no es rígida y el líquido es compresible. Este fenómeno se produce en los conductos al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o parar una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Si se cierra una válvula rápidamente, en virtud del principio de conservación de energía, al disminuir la energía cinética, esta se va transformando en un trabajo de compresión del fluido, que llena la tubería y en el trabajo necesario para dilatar esta última. Se ha producido una sobre presión, o un golpe de ariete positivo. Por el contrario al abrir rápidamente una válvula se puede producir una depresión, o un golpe de ariete negativo. Al cerrarse por completo instantáneamente una válvula, se origina una onda de presión que se propaga con una velocidad (C), la cual en el instante considerado tiene una dirección contraria a la velocidad (V) del fluido, originando sobre presiones y depresiones en la tubería, la cual se dilata o contrae al paso de la onda. El flujo que se maneja es agua de pozo profundo, por lo que se supondrá que se encuentra a una temperatura de 10ºC. El primer cálculo que haremos será el de la velocidad de la onda de presión que se propaga dentro de la tubería, desarrollada por el cierre instantáneo de una válvula al final de la tubería, con ayuda de la siguiente fórmula:

- 20 - (ref. 4) Donde: c = celeridad onda elástica del fluido en la tubería, (m/s). EV = módulo de elasticidad de volumétrico del fluido, (2.03 E5 N/cm2). ρ = densidad absoluta del agua, (1000 Kg/m3) (ref. 4). D = diámetro de la tubería, (m). E = módulo de elasticidad del material de la tubería; tomando como valor medio

del módulo de Young para el acero (2.5 E11 N/m2) (ref. 4). t = espesor de la tubería, (m) (ref. 3).

EtDE

E

cV

V

+

=

1

ρ

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Sustituyendo valores en la ecuación (20): c = 1,289.4 m/s La sobrepresión ejercida por el golpe de ariete, en un cierre instantáneo total de la válvula al final de la tubería, se determina con la fórmula: ∆p = ρ c v - 21 - (ref. 4) Donde:

∆p = sobre presión ejercida por el golpe de ariete, (N/m2). ρ = densidad del fluido, (kg/m3). c = celeridad de la onda, (m/s). v = velocidad del fluido, (m/s).

Sustituyendo: ∆p = 1000 kg/m3 (1,289.4 m/s) (2.1 m/s). ∆p = 2.7 E6 N/m2 (2.7 GPa) Los valores obtenidos de (c) y (∆p) son resultado de un análisis teórico, puesto que el rango de (∆p) permisible para redes de distribución de agua potable, de acuerdo a la norma 013 de la CNA (ref. 17), nos dice que no debe ser mayor a 0.5 MPa. Si el proyecto es aceptado por S.A.P.A.SA.C., será importante analizar las diferentes formas para disminuir la presión en la tubería. De modo que tengamos una tubería con un espesor que no aumente demasiado el costo por unidad de longitud pero que también sea capaz de soportar la presión normal en sistemas de abastecimiento de agua potable, de acuerdo a la norma mencionada anteriormente. 3.1.4.7 Potencia Hidráulica. Para este inciso tomaremos algunos de los datos anteriores más el valor del gasto máximo horario (QMh) el cual es de 97.12 lps. Este valor es el gasto que se tendrá que proporcionar a los 20 años en que está proyectado el sistema. Ahora bien para calcular la potencia hidráulica, en el SI se tiene la siguiente fórmula:

)00927.0(/105.2)254.0(/1003.21

/1000/1003.2

211

29

3

29

mmNxmmNx

mkgmNx

c

+

=

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NH = Q CDT γ - 22 - (ref. 1) Donde:

Q = gasto, en (m3/s). CDT = carga dinámica total, en (mca). γ = peso específico del fluido a 10 ºC, en (N/m3) (ref. 18). Sustituyendo valores, tenemos que: NH = 0.09712 m3/s (138.33 mca) (9804 N/m3) = 131x103 J/s. NH = 131 kW. 3.1.4.8 Selección de equipo (ref. 14). En el catálogo de equipos de bombeo del grupo industrial GM S.A. de C.V., encontramos que la curva de comportamiento de la bomba modelo PF70-NW 14”, recomendada para pozo profundo, para distribución y suministro de agua potable, es la que mas se ajusta a nuestras necesidades. La curva de comportamiento proporcionada por el grupo industrial GM, correspondiente a este tipo de bomba la podemos encontrar en el inciso 7, de la sección de anexos al final de este trabajo. Pensando en que hay que encontrar un equipo comercial y que las condiciones de operación y de abastecimiento en el pozo van a cambiar en los siguientes 20 años, que es el tiempo de proyección del sistema, el gasto lo manejaremos con un valor de 100 lps o 0.1 m3/s, no es mucho el aumento, pero también hay que tener en cuenta de que en la unidad habitacional habrá un ligero aumento de población. Para tener completa la ficha técnica (tabla 26), del modelo de bomba que seleccionamos, algunos de los datos los determinaremos nosotros de acuerdo a los parámetros de nuestro sistema: a) Para Seleccionar el número de pasos que tendrá nuestro equipo, hay que dividir la CDT (pies) calculada, entre la carga (pies) correspondiente a la curva, que vence cada paso o etapa, si el gasto es de 100 lps y la eficiencia es del 84% (anexo 7):

Número de pasos: pasospasospiespies 538.4

1033.451

≈= - 23 -

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

pies/paso: piespiesdepasosNoCDT 26.90

53.451

.== - 24 -

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c) La eficiencia equipo es el producto de la eficiencia de la bomba (ref. 14) por la eficiencia del motor (ref. 15). d) La potencia de la bomba (potencia al freno) se determino en base a la siguiente fórmula:

WmNmsmCDTQBHP 8.450,161)84.0(

/9804)33.138(/1.0)( 33

===η

γ= 216.5 HP - 25 -

Donde:

BHP = Potencia al freno, (HP). Q = Gasto, (lps). CDT = Carga dinámica total, (m). 76 = Constante de conversión a HP. η = Eficiencia de la bomba, expresada en centésimas.

Bomba tipo turbina vertical para pozo profundo.

Marca: GM registrada Eficiencia equipo:

79 %

Modelo: GM PF70-NW Sumergencia mínima:

0.91 m (36 plg)

Tipo: turbina Cabezal de descarga:

16½”x 10x 10

Pasos: 5 (cinco) Cabezal de descarga:

ASTM A48 C3-30

Tamaño: 0.355 m (14 plg) Columna completa:

10” x 111/16”

Gasto: 100 lps Columna: acero 40 con costura CDT: 137.5 m (451 ft) Colador cónico: 10 plg Velocidad: 1770 RPM Portachumacera: bronce SAE 40 Eficiencia: 84 % Chumacera: neopreno

Potencia: 250 HP Flecha de columna:

acero SAE 1045

Pies/Paso: 90.26 ft (27.51 m) Flecha de la bomba:

acero inox. ASTM 416

NPSH-R 17 ft (5.1m) Tazones: Fo.Fo.2 ASTM A48 C3-30 Impulsor: cerrado Impulsores: bronce SAE 60 Lubricación: agua Chumaceras: bronce SAE 40

Bomba: (ref. 14)

Fluido: agua limpia SSA1 Colador cónico: acero galvanizado Tabla 26. Ficha técnica del equipo seleccionado.

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Inducción: Jaula de ardilla Factor potencia: 84% Marca: SIEMENS Frecuencia: 60 Hz. Tipo: Vertical Aislamiento: Clase F Flecha: Hueca Potencia: 250 HP Polos: 4 (Cuatro) Voltaje: 460 Armazón: 449 TP Corriente: 293 A

Motor: (ref. 15)

Diseño: Nema B Eficiencia: 95% Tabla 26. Ficha técnica (continuación).

1 Agua Limpia Sin Substancias Agresivas. 2 Fierro Fundido. 3 Clase.

3.1.5 Equipo de bombeo para la estación. 3.1.5.1 Carga dinámica total. Para poder hacer un análisis correcto y aplicar las ecuaciones correspondientes haremos una figura sencilla mostrando cómo es el sistema en la estación de bombeo:

Figura 8. Arreglo de la estación de bombeo.

Para obtener la ecuación del sistema nos apoyaremos en la ecuación de Bernoulli, la cual se muestra a continuación:

- 26 - (ref. 4)

a

b

bbb

Bbaaaa z

gVP

HHfzg

VP+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛=+−+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛− 22

22

γγ

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Donde:

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

2 / 2g) = Carga de velocidad en el punto (a), (m). Za = Carga potencial en el punto (a), (m). Hfa-b = Perdidas por fricción entre loas puntos (a y b), (m). HB = Altura o carga de la bomba (CDT). (Pb / γ) = Carga de presión en el punto (b), (m). (Vb

2 / 2g) = Carga de velocidad en el punto (b), (m). Zb = Carga potencial en el punto (b), (m). Consideraciones: - Los puntos (a) y (b) se encuentran sobre la superficie libre del líquido y en esos puntos la presión manométrica es igual a cero. - La diferencia de velocidades entre los puntos (a) y (b) es prácticamente cero,

( )⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡≈

−0

2

22

gVV ab .

- La carga de altura en el punto (a) es igual a cero ya que está sobre el plano de referencia o eje (x-x’). Por lo tanto la ecuación del sistema queda de la siguiente manera: HB = Zb + Hfa-b. - 27 - El resultado de la HB lo obtendremos por longitudes equivalentes, y de manera similar al inciso 3.1.4.3, y partiendo de los siguientes cálculos:

Para el tramo de succión: a) Cálculo de la velocidad para el tramo de succión. De la ecuación (12) se tiene que: Q = V A; al despejar la velocidad se tiene:

smmAQV /112.0

4)1524.0(

0135.02

3

===π

b) Para obtener el factor de fricción (f) se utiliza la ecuación (13) y la rugosidad relativa que es el cociente de la rugosidad absoluta entre el diámetro de la tubería.

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

( )

610308.11524.0/112.0Re−

==x

msmVDυ

1524.000005.0

=Dε

s

Re = 13,049.54 ε = 0.000328 Del diagrama de Moody (anexo 2), se tiene que: f= 0.022 c) Para calcular las pérdidas en el tramo de succión utilizaremos la ecuación de Darcy-Weisbach, (14): la cual nos dice que:

Para el tramo de descarga: a) Q = V A; despejando la velocidad:

smmAQV /416.0

4)2032.0(

0135.02

3

===π

b) ( )

610308.12032.0/416.0Re−

==x

msmVDυ

2032.000005.0

=Dε

s

Re = 64,626.3 ε = 0.000246 Del diagrama de Moody (anexo 2), se tiene que: f = 0.0205 c) Para calcular las pérdidas en el tramo de descarga utilizaremos la ecuación de Darcy-Weisbach, modificada para longitudes equivalentes (ecuación 15). Las longitudes equivalentes las podemos obtener con la ayuda de tabla 24 del inciso 3.1.4.3, así las longitudes equivalentes de los accesorios a partir de la brida de descarga de la bomba (ver figura 3) son:

000276.0)/81.9(2

)/112.0(1524.03022.0

2 2

22

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

smsm

mm

gV

DLfHf

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Tabla 27. Sumatoria de longitudes, en el sistema de la estación de bombeo. (*) Son tramos rectos, por lo tanto la longitud equivalente es la longitud del tramo. Tentativamente, todos estos elementos serán de acero cédula 40. Hf = 0.03748 m Sumando las pérdidas del tramo de succión más las del tramo de descarga se tienen las pérdidas totales: Hfa-b = 0.000276 m + 0.03748 m = 0.037756 m Entonces sustituyendo en la ecuación (28), se tiene que: HB = Za + Hfa-b = 28.35 m + 0.037756 m = 28.387 m CDT = 28.38 m 3.1.5.2 Cálculo del golpe de ariete. Anteriormente se había explicado, en que consistía el fenómeno del golpe de ariete (inciso 3.1.4.6), en esta sección nos ocuparemos únicamente de los cálculos. El primer cálculo que haremos será el de la velocidad de la onda de presión que se propaga dentro de la tubería, desarrollada por el cierre instantáneo de una válvula al final de la tubería, con ayuda de la siguiente fórmula:

Tramo Accesorio Le (m) Válvula de compuerta 1.4

Codo 45º 3.2 *Tubería 4.53 Codo 90º 6 *Tubería 21

Tramo de descarga (8 plg)

Codo 90º 6 ΣLT = 42.13

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ∑+∑

=)/81.9(2

)/416.0(2032.0

13.420205.02 2

22

smsm

mm

gV

DLeLfHf

EtDE

E

cV

V

+

=

1

ρ

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Donde: c = celeridad onda elástica del fluido en la tubería, (m/s) EV = módulo de elasticidad de volumétrico del fluido, (2.03 E5 N/cm2) ρ = densidad del fluido, (Kg/m3) D = diámetro de la tubería, (m) E = módulo de elasticidad del material de la tubería; (2.5 E11 N/m2). t = espesor de la tubería, (m) (ref. 4). Sustituyendo valores en la ecuación, se tiene:

c = 1,299.9 m/s. La sobrepresión ejercida por el golpe de ariete, en un cierre instantáneo total de la válvula al inicio de la descarga de la bomba es: ∆p = ρ c v Donde:

∆p = sobre presión ejercida por el golpe de ariete, (N/m2). ρ = densidad del fluido, (kg/m3). c = celeridad de la onda, (m/s). v = velocidad del fluido, en el tramo de descarga (m/s). Sustituyendo:

∆p = 1000 kg/m3 (1,299.9 m/s) (0.416 m/s). ∆p = 540.758 E3 N/m2; (0.54 MPa). Este valor es aceptable y entra dentro del rango de presión máxima permisible para redes de distribución de agua potable, de acuerdo a la norma 013 de la CNA (ref. 19), el cual nos dice que no debe ser mayor a 0.5 MPa (5 kg/cm2), pero aún así, si el proyecto es aceptado, será importante analizar las diferentes formas para disminuir la poca sobrepresión en la tubería.

)00818.0(/105.2)2032.0(/1003.21

/1000/1003.2

211

29

3

29

mmNxmmNx

mkgmNx

c

+

=

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3.1.5.3 Selección de equipo. En los catálogos de equipos de bombeo del grupo industrial GM S.A. de C.V., encontramos que la curva de comportamiento de la bomba modelo PF70-HW 8”, recomendada para rebombeo, distribución y suministro de agua potable, es la que más se ajusta a nuestras necesidades. La curva de comportamiento proporcionada por el grupo industrial GM, correspondiente a este tipo de bomba la podemos encontrar en el inciso 6, de la sección de anexos al final de este trabajo. Pensando en que hay que encontrar un equipo comercial y que las condiciones de operación y de abastecimiento en la estación de bombeo van a cambiar en los siguientes 20 años, que es el tiempo de proyección del sistema, el gasto lo manejaremos con un valor de 15 lps o 0.015 m3/s, no es mucho el aumento, pero también hay que tener en cuenta de que en la estación habrá otros dos equipos iguales y con las mismas características. Para tener completa la ficha técnica (tabla 28), del modelo de bomba que seleccionamos, algunos de los datos los determinaremos nosotros de acuerdo a los parámetros de nuestro sistema, pero ahora las unidades las manejaremos en metros, para comprobar que por ambos formas, el resultado será el mismo: a) Para seleccionar el número de pasos que tendrá nuestro equipo (ecuación 23), hay que dividir la CDT (m) calculada, entre la carga (m) correspondiente a la curva, que vence cada paso o etapa, si el gasto es de 15 lps y la eficiencia es del 81%, (anexo 6):

Número de pasos: pasosmm 41.3

14.935.28

≈=

b) Los pies/paso, aunque ahora expresados en metros/paso, lógicamente es la CDT (m) calculada, entre el número de pasos obtenido anteriormente (ecuación 24):

pies/paso = mmdepasosNCDT 7

435.28

º== (23 pies)

c) La eficiencia equipo es el producto de la eficiencia de la bomba por la eficiencia del motor. d) La potencia de la bomba se determinó en base a la siguiente fórmula (ecuación 25):

( ) WmNmsmCDTQBHP 54.152,5

81.0/980438.28/015.0)( 33

===η

γ=7 HP

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Bomba tipo turbina vertical para rebombeo. Marca: GM registrada Eficiencia equipo: 73% Modelo: GM PF70-HW Sumergencia mín.: 0.812 m (32 plg) Tipo: turbina Cabezal de desc.: 16½”x 10x 10 Pasos: 4 (cuatro) Cabezal de desc.: Fo. Fo.2 ASTM A48 C3-30 Tamaño: 0.203 m (8 plg) Columna completa: 10” x 111/16” Gasto: 15 lps Columna: acero 40 con costura CDT: 28.352 m (93 ft) Colador cónico: 6 plg. Velocidad: 1770 RPM Portachumacera: bronce SAE 40 Eficiencia: 81 % Chumacera: neopreno Potencia: 15 HP Flecha de columna: acero SAE 1045 Pies/Paso: 23 ft ( 7.088 m) Flecha de la bomba: acero inox. ASTM 416 NPSH-R 5.5 ft (1.6 m) Tazones: Fo.Fo.2 ASTM A48 C3-30 Impulsor: cerrado Impulsores: bronce SAE 60 Lubricación: agua Chumaceras: bronce SAE 40

Bomba: (ref. 14)

Fluido: agua limpia SSA1 Colador cónico: acero galvanizado Marca: SIEMENS Factor de servicio: 1.15 Tipo: vertical Aislamiento: clase F Flecha: hueca Potencia: 15 HP Polos: 4 (cuatro) Voltaje: 230/460 Armazón: 454 TP Corriente: 19 A Diseño: nema B Eficiencia: 91% Inducción: jaula de ardilla Factor de potencia: 83%

Motor: (ref. 15)

Frecuencia: 60 Hz Temperatura: 40º C ambiente Tabla 28. Ficha técnica del equipo seleccionado.

1 Agua Limpia Sin Substancias Agresivas. 2 Fierro Fundido. 3 Clase.

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3.1.6 Curva del sistema en la estación de bombeo (Q-H). La curva del sistema en la sección de la estación de bombeo es la que sólo podrá ser graficada, debido a que en ésta sección si se cuentan con los datos necesarios en cuanto a las distancias y alturas precisas entre si, de los equipos de bombeo, tanques de regulación y elevado. Para determinar las ecuaciones que nos ayudarán a graficar la curva del sistema, partiremos de la figura 8 y del mismo razonamiento que dio origen a la ecuación 27:

HB = Zb + Hfa-b. Las pérdidas por rozamiento que hay entre los puntos (a-b), se dividen en primarias y secundarias entre ambos puntos: Hfa-b = hpa-b + hsa-b. - 28 - A su vez las pérdidas primarias y secundarias pueden expresarse de la siguiente forma:

Por lo tanto la ecuación 27, queda de la siguiente forma, que a su vez será la ecuación 30, que nos ayudará a trazar la curva del sistema:

- 30 -

De la ecuación de continuidad obtendremos la ecuación 32, que quedará en función del gasto, el cual tendrá el valor que utilizamos en el inciso 3.1.5.3 para seleccionar el equipo, el cual es de 15lps:

Q = V A; Despejando a la velocidad:

De la fórmula del área circular:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∑+⎥

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=− g

Vkg

VDL

fHf TT

ba 22

22

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∑+⎥

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+=

gVk

gV

DL

fzH TT

bB 22

22

AQV =

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

4

2DQV

π

- 29 -

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Resultando: Sustituyendo en la ecuación anterior, el diámetro de descarga del sub-sistema de la estación de bombeo y resolviendo nos queda como ecuación 33:

V = 30.836 Q - 32 - De la ecuación de Reynolds para flujo turbulento y con la rugosidad relativa, utilizadas para obtener el factor de fricción (f) en el diagrama de Moody (anexo 2), se obtienen las ecuaciones 34 y 35, respectivamente:

; Re = 155,351.682 V Simplificando y dejando en términos de (Q) y de (f) a la ecuación 30, tendremos que sustituir los datos que tenemos, con la condición de que la velocidad (V), se sustituirá tal y como está en la ecuación 31, quedando de la siguiente manera:

Simplificando la ecuación anterior, nos queda de la siguiente forma: Sustituyendo los datos que tenemos y dejando la ecuación en términos de (Q) y de (f), tenemos que la tercera ecuación nos queda de la siguiente forma: Nota: El coeficiente (ΣKT), es la suma de los coeficientes de resistencia parciales correspondientes a los accesorios de este sub-sistema, (anexo 3 y 6).

- 31 -

610308.1254.0Re

−==

xVxVD

υ

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∑+

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

⎟⎟⎟⎟⎟

⎜⎜⎜⎜⎜

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+=

gDQ

kg

DQ

DL

fzH TT

bB 2

4

2

4 2

2

2

2 ππ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡∑+

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

gDQ

kgD

QLfzH T

TbB 42

2

52

2 88ππ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎥

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

)81.9)(254.0(80027.0

)81.9)(2032.0()13.42(835.28 42

2

52

2

ππQQfH B

mm

D 2032.000005.0

000246.0=Dε

- 33 -

- 34 -;

2

4DQV

π=

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Por lo tanto simplificando la ecuación anterior:

HB = 28.35 + 10,048.336 f Q2 + 0.1308549 Q2. Con esta última ecuación que es la forma reducida de (30), podremos graficar la curva del sistema, dando diferentes valores para el gasto (Q). Los valores de velocidad (V), los obtendremos con (32), los del número de Reynolds (Re) con (33), la rugosidad relativa (ε/D) con (34), que a su vez con estas dos últimas y el diagrama de Moddy se obtendrán los valores para el factor de rozamiento (f). Mostrándose los resultados en la siguiente tabla:

Q (m3/s) V (m/s) Re f H (m) 0.000 0.000 0.000 0.000 28.3500 0.006 0.185016 28,742.5468 0.0240845 28.3608 0.009 0.277524 43,113.8202 0.0220979 28.3726 0.012 0.370032 57,485.0935 0.0208842 28.3880 0.015 0.46254 71,856.3669 0.0200441 28.4081 0.018 0.555048 86,227.6403 0.0194189 28.4317 0.021 0.647556 100,598.9138 0.0189312 28.4590 0.023 0.09228 110,179.7627 0.0186601 28.4793 Tabla 29. Valores para graficar la curva del sistema (Q-H).

A continuación se trazará la curva de comportamiento del sistema, en la sección de la estación de bombeo:

27,00

28,50

30,00

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Q, gasto (m3/s).

H,

carg

a (m

).

Gráfica 3. Curva del sistema.

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3.1.6.1 Curva de la bomba. Para trazar la curva de la bomba y compararla con la del sistema emplearemos la siguiente ecuación:

HBOMBA = A Q2 + B Q + C - 35 - De la curva de comportamiento de la bomba (anexo 8), se tomarán los valores de carga que correspondan a la intersección de, la línea vertical de los valores de gasto elegidos al azar y de la curva de eficiencia. Los valores tomados se muestran sustituidos en la ecuación 35:

10.9 = A (0.006)2 + B (0.006) + C 9.14 = A (0.015)2 + B (0.015) + C 4.41 = A (0.023)2 + B (0.023) + C

Estos tres valores forman un sistema de ecuaciones que al resolverlo los valores de los coeficientes, tienen los siguientes valores:

A = -23,277.7; B = 293.41; C = 9.978 Por lo tanto la ecuación 35 que representará la gráfica de la bomba, es la siguiente: HBOMBA = -23,277.7Q2 + 293.41Q + 9.978 - 36 - En la siguiente tabla se muestran los valores obtenidos de gasto y carga, obtenidos de la ecuación 36, para los cuatro pasos con que contara el equipo de bombeo:

Q (m3/s) H (m) 0 34,93

0,006 33,79 0,009 33,26 0,012 31,43 0,015 28,33 0,018 23,9 0,021 18,19 0,023 13,67

Tabla 30. Valores para graficar la curva de la bomba.

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A continuación se trazará la curva de comportamiento de la bomba, en la sección de la estación de bombeo:

1012141618202224262830323436

0 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024Q, gasto (lps).

H,

carg

a (m

).

Gráfica 4. Curva de la bomba.

3.1.6.2 Curva del sistema contra curva de la bomba. Una vez graficadas la curva del sistema y de la bomba podemos compararlas y verificar que los cálculos hechos anteriormente fueron correctos:

Q (m3/s) H (m),

del sistema H (m),

de la bomba 0.000 28.3500 34,90 0.006 28.3608 33,79 0.009 28.3726 33,26 0.012 28.3880 31,43 0.015 28.4081 28,33 0.018 28.4317 23,9 0.021 28.4590 18,19 0.023 28.4793 13.67

Tabla 30. Datos para graficar ambas curvas.

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12,0000

14,0000

16,0000

18,0000

20,0000

22,0000

24,0000

26,0000

28,0000

30,0000

32,0000

34,0000

36,0000

0 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024Q, gasto (m3/s).

H,

carg

a (

m).

Gráfica 5. Curva de la bomba contra curva del sistema.

En el punto en que se interceptan ambas curvas se tiene como gasto, Q= 15lps y carga, H= 28.36m, aproximadamente. En este punto la eficiencia de la bomba es del 82%. 3.1.7 Tipo de material de la tubería. Para determinar el diámetro de la tubería, nos basamos en los cálculos en los que se utilizó acero cédula 40. De acuerdo con la cotización de proyectos elaborados por S.A.P.A.SA.C, el material más económico que podremos utilizar en nuestra tubería es el asbesto-cemento de clase A-5 capas de soportar de 0.5 MPa (5 kgf/cm2) de presión, de acuerdo a la (ref. 19). Este tipo de tubería cubre aspectos como resistencia mecánica, durabilidad, resistencia a la corrosión, capacidad de conducción, economía, facilidad de conexión, reparaciones sencillas y principalmente la calidad del agua. Siendo de 0.1524 m (6 plg) el diámetro mas pequeño, que se podría utilizar. Por lo tanto, para tener un diámetro económico el suscrito sugiere tubería de asbesto-cemento clase A-5 de 0.203 m (8 plg) de diámetro.

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3.1.8 Desinfección. El objetivo básico de un sistema de agua potable, es poder ser aplicado para la satisfacción de las necesidades y actividades domésticas, comerciales e industriales del hombre. Esto implica que el abastecimiento a las comunidades cumpla con un mínimo de normas, para tener la calidad necesaria en cuanto a olor, sabor y color del agua. La desinfección de una red o de un elemento de red de distribución de agua potable tiene por objeto principal eliminar las condiciones bacteriológicas del agua entre el punto de captación, que en nuestro caso es un pozo y el de consumo que son los departamentos que integran la colonia en cuestión. A este respecto seguiremos lo indicado en los incisos 5, 6 y 7 de la NOM-230-SSA1-2002 (ref. 18). Para poder asegurar que el agua cumple con cierta calidad y eliminar microbios o virus dañinos al cuerpo humano, nuestro sistema de bombeo debe contar con algún método de desinfección, que asegure las buenas condiciones del agua, para su consumo. Al darle calidad sanitaria al agua se previenen enfermedades transmitidas por ella como la tifoidea, salmonelosis, disenterías, gastritis, enteritis, etc.; además de que se fomentan hábitos higiénicos que también contribuyen a la disminución de otras enfermedades. En nuestro caso haremos del Cloro (Cl2), el elemento de desinfección del agua que abastecerá a nuestra estación de bombeo, debido a su gran eficacia, incluso en dosis extremadamente pequeñas y a su facilidad de empleo, es el reactivo mas utilizado para la esterilización del agua. 3.2 DISEÑO PROPUESTO. Se ha determinado el valor de las variables que nos marcan las características de diseño de nuestro “Sistema de bombeo”, en base a estos resultados seleccionaremos equipos de bombeo, los materiales y el método de construcción más económico pero que a su vez, cumpla con los requerimientos mínimos de diseño, con el objeto de que nuestro proyecto demuestre ser rentable. 3.2.1 Datos de proyecto. Hemos llegado casi al final del planteamiento del proyecto y de las variables que le dan forma. A manera de resumen y para contar con un espacio en el cual se puedan localizar todos los datos de este proyecto, a continuación se mencionarán en la siguiente lista:

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Población actual (año 2005) 12 ,039 habitantes Población de proyecto (año 2025) 15 ,049 habitantes Dotación (año 2025) 257 l/hab/día Coeficiente de variación diaria 1.4 Coeficiente de variación horaria 1.55 Gasto medio diario 44.76 lps Gasto máximo diario 62.66 lps Gasto máximo horario 97.12 lps Capacidad de regularización 650 m3 Fuente de abastecimiento Sistema Tratamiento

Pozo profundo Bombeo Cloración

Tabla 29. Datos de proyecto

3.2.2 Tubería. Para satisfacer los requerimientos de flujo y el mínimo espesor de la pared que sea capaz de soportar la máxima presión que se espera en este sistema de bombeo y a fin de reducir el costo de la tubería por unidad de longitud, el material de ésta será Asbesto-Cemento clase A-5 de 0.203m (8plg) de diámetro 3.2.2.1 Línea de conducción. La ubicación del “Sistema de Bombeo”, el tren de derivación, la línea de conducción y la ruta que seguirá la tubería a través de las colonias y municipios involucrados, quedará de igual forma, que como se menciono a partir del inciso 3.1.2, para este caso pueden verse la figuras 4, 5ª, 5b y 7. 3.2.2.2 Zanjas para la instalación de la tubería. Después de que S.A.P.A.SA.C., haya evaluado el proyecto y decidido apoyar a esta propuesta de solución, referente a este inciso el cual hace mención al alojamiento de la tubería, nos volveremos a apoyar el la tabla 23 y la figura 6, la cual nos dice las características de la zanja para cualquier tamaño de tubería.

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3.2.3 Equipos de Bombeo. 3.2.3.1 Equipo de bombeo para el pozo. Este será el equipo de bombeo modelo PF70-NW 14” del grupo industrial GM S.A. de C.V., recomendada para pozo profundo, para distribución y suministro de agua potable, el cual es el que mas se ajustan a nuestras necesidades. 3.2.3.2 Equipos de bombeo para la estación. Estos serán tres, del equipo modelo PF70-HW 8” del grupo industrial GM S.A. de C.V., recomendada para rebombeo, para distribución y suministro de agua potable, el cual es el que mas se ajustan a nuestras necesidades. 3.2.4 Proceso de construcción. En este punto se hará la descripción en general, de la construcción del “Sistema de Bombeo”, partir del pozo Nº 10 del ramal “Los Reyes- Ecatepec” hasta la estación de bombeo de la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, teniendo que: 1. Colocación de la bomba vertical tipo turbina para pozo profundo marca GM, modelo GM PF-70NW 14”, para un gasto de 100 lps con una CDT de 137.5 mca. Incluye materiales, herramientas, acarreos y mano de obra para su correcta ejecución. 2. Construcción del tren derivador. Material, fierro fundido. Ver figura 5b.

Corte en la línea de descarga.

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

Construcción del atraque.

Colocación de las piezas especiales de fierro fundido (fo.fo.) bridadas y con un diámetro de 8 plg.

3. Construcción de zanja para tubería de 0.203m (8 plg) con un ancho Bd= 0.75m, por una altura H= 1.15m para la presupuestación (ref. 16), se tendrán que manejar los siguientes conceptos:

Material tipo A: tierra, (tipo seco).

Material tipo B: roca suelta “boleos”, (tipo seco).

Material tipo C: roca fija, (tipo seco).

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Plantilla de tepetate de 0.1m de espesor, ver figura 6. La longitud total es de 2,673m, ver figura 7.

A partir de de los 1,990 m, habrá que romper la carpeta asfáltica. Ver figura 4 y 7.

4.- Colocación de tramos de tubería de asbesto-cemento clase A-5; D= 0.203m (8 plg), L= 6m. 5.- Colocación simultáneamente con el punto anterior de los atraques y accesorios. Tubería L= 585m, D= 8plg; Codo 22º, D= 8plg; Tubería L= 450m, D= 8plg; Codo 22º, D= 8plg; Tubería L= 955 m, D= 8plg; Codo 22º, D= 8plg; Tubería L= 9m, D= 8plg; Codo 90º, D= 8plg; Tubería L= 90m, D= 8plg; Codo 90º, D= 8plg; Tubería L= 517m, D= 8plg; Codo 90º, D= 8plg; Tubería L= 67m, D= 8plg; Tee D= 8x8plg. Todos los codos serán de fierro fundido. 6.- Colocación de la plantilla de tepetate en el fondo de la zanja a un espesor, h= 10cm. Rellenar la zanja hasta una altura de 0.3m arriba de la tubería. En una sola capa con material relleno de la excavación, húmeda y compactada con equipo de impacto, ver figura 6. 7.- Rellenar el resto de la zanja en tres capas de 18cm, con tepetate humedecido y compactado con equipo neumático de impacto. A partir de los 1,990m cubrir con carpeta asfáltica el ancho (Bd), ocupado por la zanja. 8.- Interconexión con la pieza especial en “T” de fierro fundido, D= 8x8plg, a la entrada de la estación de bombeo. La tercera entrada seguirá conectada a la red de distribución a la que en un principio conectaba. 9.- Montaje de los tres equipos de bombeo en la estación. Cada uno es una bomba vertical tipo turbina para rebombeo marca GM, modelo GM PF-70HW 8”, para un gasto de 15 lps con una CDT de 28.382 mca. Incluye materiales, herramientas, acarreos y mano de obra para su correcta ejecución. Para la instalación de los elementos de red y de acuerdo con la NOM-013-CNA-2000 (ref. 17), se deberá cumplir con los siguientes requisitos:

Inspección visual de los elementos de red en el momento de su recepción y elaborar un informe de posibles daños.

Consultar y aplicar los procedimientos recomendados, en la instalación de los elementos.

Los responsables de ejecutar la obra y el personal, ante el organismo operador, deberán demostrar experiencia en obras de tipo similar.

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3.2.5 Plano descriptivo del sistema de bombeo. Este plano lo podemos observar en el número 9, de la sección de anexos, específicamente en la página 95. 3.3 APLICACIÓN DEL PROYECTO. En este inciso veremos lo relacionado a la aplicación del proyecto, es decir en que medida se podrá llevar acabo. Este inciso tal vez hubiera quedado al inicio de esta tesis, pero las consideraciones que tomaremos en cuenta no las sabíamos antes. El costo total del proyecto, es uno de los parámetros importantes que decidirá si se aplicará o no el proyecto, pero existen otros, como lo es el hecho de que la fuente de abastecimiento por encontrarse en una zona federal, es operado por la Comisión Nacional del Agua como se menciono en el inciso 1.2, propuestas de solución, al municipio de Coacalco se le cedieron 20 títulos para la perforación y equipamiento de pozos, por eso se buscó el apoyo de algún otro pozo. También como ya se dijo, se cuenta con un problema de escasez de agua potable en nuestra colonia, que por varias causas ha crecido considerablemente. Es por eso que como habitante de la colonia, en esta tesis se hace mención a una posible solución. Que si bien llegando a acuerdos entre los municipios involucrados y beneficiándose entre si mismos, este alterno “Sistema de Bombeo”, no tendría ningún impedimento para poder llevarse a cabo. Como argumento para aplicar el proyecto, podemos decir que en el trayecto de la línea de conducción, podría haber posiblemente dos o tres tomas para conectar y abastecer de agua potable a las colonias que estén en la periferia de ésta, las cuales están mostradas en la figura 4 y son Las Golondrinas en el municipio de Ecatepec y El Potrero en el municipio de Coacalco, esta última el abastecimiento se daría en forma parcial o de apoyo ya que actualmente cada uno de los domicilios cuentan con tomas de agua. Referente a esto último podemos decir que el abastecimiento de agua potable a estas colonias, sería de apoyo por que podemos asegurar que se encuentran en las mismas o peores condiciones en cuanto a lo que a este servicio respecta. Por la cantidad de habitantes de las colonias cercanas, por las horas de rebombeo, las características el equipo en el pozo Nº 10 y por el tamaño de la línea de conducción, no sólo se puede beneficiar a la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, sino que también en las horas de baja demanda, gracias a que a la entrada de la estación de bombeo se cuenta con la pieza especial en “T”, puede abastecerse en una pequeña parte a la red actual de Coacalco, en la parte que corresponde a las colonias “Unidad Morelos” y “San Rafael”.

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El beneficio mostrado inicialmente era de 12,039 habitantes que contarían con un servicio seguro y constante de agua potable y al proyectar el sistema de bombeo a 20 años, se verían beneficiados más de 15 mil habitantes. Durante el transcurso de ese tiempo y utilizando el razonamiento anterior las colonias de los municipios involucrados también se verían beneficiados, sino de forma directa, al menos tendrían la gran ventaja de contar con mas horas de agua potable. Bajo estas condiciones la CNA, podría autorizar que se lleve acabo esta propuesta al ver que no sólo sería una la colonia beneficiada, que no sería afectado el gasto que el pozo le da al ramal destinad al gobierno del Distrito Federal y que no se sobre explotaría esta fuente de abastecimiento. El municipio de Ecatepec, al ver que el proyecto puede ser aprobado, podría invertir en al menos en el tramo de conducción que le corresponde, de igual forma el municipio de Coacalco. Ahora bien si el costo total se dividiera no sólo entre los municipios involucrados sino también incluir en parte proporcional a la CNA y a la segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, obviamente la realización y pago del proyecto sería en un tiempo mas próximo. Con todo esto el objetivo particular de esta tesis se vería cumplido, que es llevar acabo en corto plazo un sistema de bombeo eficiente que proporcione un servicio de agua potable constante.

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CAPÍTULO IV.

Análisis Económico. El objetivo de éste capítulo es, determinar el costo total del proyecto, teniendo en cuenta el importe de todos los factores, elementos y accesorios del sistema de bombeo. Teniendo al final una cantidad que convenza a S.A.P.A.SA.C., de evaluar y apoyar la aplicación de este proyecto. Haciendo también mención a una o varias formas de cómo y quienes pagarían esta alternativa de solución. Para determinar de un modo sencillo el costo del proyecto, se irán mencionando las actividades a desarrollar o conceptos de ejecución en orden de construcción, basándonos en la manera de cotización de S.A.P.A.SA.C., en lo que a este tipo de obras se refiere. Las actividades o conceptos se vaciarán en el mismo formato de hojas de control, las cuales contienen los datos necesarios que se desean conocer como: clave del concepto, concepto o actividad, unidad de medida, cantidad del concepto, precio unitario y por último el importe. De acuerdo a la cotización que haremos, en los importes por conceptos que se desarrollen se incluirán, factores como son: mano de obra, energía eléctrica, herramienta, etc. Apoyándonos en el inciso 3.4, es como será el ordenamiento del presupuesto, es decir, iniciaremos con la interconexión de nuestro tren de derivación en la tubería de descarga del pozo, hasta conectarnos con la válvula de seccionamiento de la entrada de la estación de bombeo. El orden de construcción, elementos y materiales pueden cambiar o verse alterados, con el objeto de reducir costos, ya que hay que mencionar de nuevo que será necesario que SAPASAC, estudie y evalúe el proyecto para su posible aplicación. Para manejar estos conceptos se utilizarán unas hojas de control, las cuales contienen los datos principales que se desean conocer como: clave del concepto, el concepto o actividad, unidad de medida, cantidad del concepto, precio unitario del concepto y el importe por dicho concepto. En estas hojas se vaciaran la mayor cantidad necesaria de datos para tener un costo total de proyecto completo. Como se dijo anteriormente los materiales de tubería y accesorios pueden cambiar a modo de reducir el costo total del proyecto, lo que no cambiarán son las dimensiones de todos los elementos del nuevo “Sistema de Bombeo”. Después de haber hecho todos estos análisis, se verán aspectos muy importantes que de igual forma son decisivos para la aplicación y puesta en marcha de este proyecto.

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4.1 PRESUPUESTO DE OBRA. Obra: Sistema de bombeo para la 2ª sección de la “U.H. Potrero la Laguna” en Coacalco, Estado de México.

Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

TREN DE DERIVACIÓN.

001

Suministro del equipo de bombeo centrífugo vertical tipo turbina completo lubricado por agua, para pozo profundo marca GM, modelo GM PF-70 NW 14”, para operar bajo las siguientes condiciones: gasto, 100 lps; CDT, 137.5 mca; velocidad de giro, 1770 RPM; eficiencia, 84%; diámetro de columna, 10 plg; motor, 250 HP; voltaje, 460 volts; frecuencia, 60 Hz; BHP bomba, 215.49 H.P.

Pza. 1 126,361.00 126,361.00

002

Interconexión de línea de agua potable de 8” a línea existente de acero en pozo. Incluye trazo, corte de la tubería biselado, limado de rebaba, limpieza interior del tubo, mano de obra y herramienta.

mL 1 439.00 439.00

003 Suministro e instalación de piezas especiales de Fo.Fo. en el almacén de la obra: Te con brida de 254x203mm (10x8”)

Pza. 1 2,548.00 2,584.00

004 Fabricación y colado de concreto simple f’c= 150kg/cm2 con agregado de 19mm (3/4”), vibrado y curado, para atraques.

m3 0.688 970.00 667.36

005 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra: carrete largo c/brida clase A-5 de 203mm (8”) de diámetro

Pza. 1 1,389.00 1,389.00

Tabla 30. Presupuesto de Obra (ref. 16).

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Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

006 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra: Codo clase A-5 de 45º x 200mm (8”) de diámetro.

Pza. 1 1,023.00 1,023.00

007 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra: Carrete largo c/brida clase A-5 de 203mm (8”) de diámetro

Pza. 1 1,389.00 1,389.00

008 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra: Codo clase A-5 de 45º x 200mm (8”) de diámetro.

Pza. 1 1,023.00 1,023.00

009

Suministro e instalación de válvula de vástago fijo con volante tipo compuerta para 14.22 kg/cm2 para agua de 203mm (8”) de diámetro, incluye limpieza piezas, prueba hidrostática junto con tubería, acarreo a un km y maniobras locales.

Pza. 1 6,401.00 6,401.00

010 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra: Carrete corto c/brida clase A-5 de 203mm (8”) de diámetro

Pza. 1 1,316.00 1,316.00

011 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. puestas en el almacén de la obra de: carrete corto c/brida clase A-5 de 203mm (8”) de diámetro

Pza. 1 911.00 911.00

LINEA DE CONDUCCION a) Terreno baldío.

012 Limpieza, trazo y nivelación topográfica del terreno, incluye todo lo necesario para su correcta ejecución.

m2 0.8x1990

1,592.00 3.60 5,731.20

Tabla 30. Continuación (ref. 16).

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Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

013

Excavación a mano para zanjas de 0.00 a 2.00m de profundidad en material tipo “A”, en seco, incluye afloje y extracción del material, amacice o limpieza de plantilla taludes, remoción, traspaleos hasta 10m del eje de la misma, traspaleos verticales para su extracción y conservación de la excavación hasta la instalación satisfactoria de la tubería.

m3

1.15x0.8x1990

1830.80

15.98

29,256.18

014

Limpieza, trazo y nivelación topográfica de la zanja, con aparatos, estableciendo ejes de referencia. Incluye: estacas, bancos de nivel, señalización, equipo, herramienta, mano de obra y todo lo necesario para su correcta ejecución.

m2 0.8x1990

1,592 5.30 8,437.60

015

Plantilla apisonada con pisón de mano en zanjas con material de banco (tezontle) puesto en obra. Incluyendo selección del material, colocación de la plantilla y construcción del apoyo completo de la tubería, medido compactado de 10cm de espesor

m3 0.1x0.8x1990

159.20 95.64 15,225.88

016 Suministro e instalación de tubería de asbesto cemento clase A-5, de 0.203m (8”) diámetro. Incluye suministro de todos los materiales y mano de obra.

mL. 1990 211.00 419,890.00

017 Relleno de la zanja con materiales “A”, producto de la excavación a volteo con equipo.

m3 0.3X0.8X1990

477.60 5.67 2,707.99

018 Relleno de zanjas con materiales de banco (tepetate) con equipo.

m3 0.54X0.8X1990

859.68 5.67 4,874.38

b) Zona Habitada (U.H. Potrero la Laguna)

019 Trazo y ruptura de pavimento asfáltico a mano y cortadora de concreto, carga del material a camión y acarreo en 1er. Km

m3 0.05X0.8X683

27.32 101.74 2,779.53

Tabla 30. Continuación (ref. 16).

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Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

020

Excavación a mano para zanjas de 0.00 a 2.00m de profundidad en material tipo “A”, en seco, incluye afloje y extracción del material, amacice o limpieza de plantilla taludes, remoción, traspaleos hasta 10m del eje de la misma, traspaleos verticales para su extracción y conservación de la excavación hasta la instalación satisfactoria de la tubería.

m3 1.15x0.8x683

628.36 15.98 10,041.19

021 Limpieza, trazo y nivelación topográfica de la zanja, incluye todo lo necesario para su correcta ejecución.

m2 0.8x683

546.40 3.60 1,967.04

022

Plantilla apisonada con pisón de mano en zanjas con material de banco (Tezontle) puesto en obra. Incluyendo selección del material, colocación de la plantilla y construcción del apoyo completo de la tubería, medido compactado de 10cm de espesor

m3 0.1x0.8x683

54.64 95.64 5,225.76

023 Suministro e instalación de tubería de asbesto cemento clase A-5, de 0.203m (8”) diámetro. Incluye suministro de todos los materiales y mano de obra.

mL. 683 211.00 144,113.00

024 Relleno de la zanja con materiales “A”, producto de la excavación a volteo con equipo.

m3 0.3x0.8x683

163.92 5.67 929.42

025 Relleno de zanjas con materiales de banco (tepetate) con equipo.

m3 0.54x0.8x683

295.05 5.67 1,672.96

026

Reposición de pavimento asfáltico con carpeta de 0.05m de espesor incluyendo base grava cementada de 0.2m de espesor. Incluye riego de impregnación, riego de liga, mezcla asfáltica y sello de lechada con cemento.

m2 0.25x683

170.75 148.00 25,271.00

Tabla 30. Continuación (ref. 16).

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Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

027 Ruptura de banqueta de concreto a mano y cortadora de concreto incluyendo carga del material a camión y acarreo en 1er. Km

m3 0.1x0.8x2

0.16 130.00 20.8

028

Excavación a mano para zanjas de 0.0 a 2.0m de profundidad en material tipo “A”, en seco, incluye afloje y extracción del material, amacice o limpieza de plantilla taludes, remoción, traspaleos hasta 10m del eje de la misma, traspaleos verticales para su extracción y conservación de la excavación hasta la instalación satisfactoria de la tubería y “T”.

m3 1.15x0.8x2

1.84 15.98 29.40

029 Limpieza trazo y nivelación dentro de la zanja de ancho: 0.8m, profundidad: 1.2m y largo: 2m.

m2 1.15x0.8x2

1.84 3.60 6.62

030

Plantilla apisonada con pisón de mano en zanjas con material de banco (Tezontle) puesto en obra. Incluyendo selección del material, colocación de la plantilla y construcción del apoyo completo de la tubería, medido compactado de 10cm de espesor

m3 0.1x0.8x2

0.16 95.64 15.30

031 Suministro de piezas especiales de Fo.Fo. Puestas en el almacén de la obra de: “T” clase A-5 de 203x203mm (8x8”) de diámetro.

Pza. 1 1,902.00 2,727.00

032 Suministro de piezas especiales de Fo. Fo.: extremidad con brida clase A-5 puestas en el almacén de la obra de 203mm (8”) de diámetro.

Pza. 2 878.00 1,756.00

033 Relleno de zanjas con materiales de banco (tepetate) con equipo.

m3 1.15x0.8x2

1.84 5.67 10.43

Tabla 30. Continuación (ref. 16).

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Clave Concepto Unidad Cantidad Precio

Unitario Importe

034

Reposición de Banqueta de concreto f’c= 150 kg/cm2, de 0.10m de espesor. Incluyendo base grava cementada de 0.2m de espesor. Incluye riego de impregnación, riego de liga y sello de lechada con cemento.

m2 0.1x2

0.2 148.00 29.6

035

Suministro del equipo de bombeo centrífugo vertical tipo turbina completo lubricado por agua, para pozo profundo marca GM, modelo GM PF-70 HW 8”, para operar bajo las siguientes condiciones: gasto, 15 lps; CDT, 28.352 mca; velocidad de giro, 1770 RPM; eficiencia, 81%; diámetro de columna, 6 plg; motor, 15 HP; voltaje, 230/460 volts; frecuencia, 60 Hz; BHP bomba, 7 H.P.

Pza. 3 29,119.00 87,357.00

Tabla 30. Continuación (ref. 16). El costo total del nuevo “Sistema de Bombeo” para la segunda sección de la unidad habitacional “Potrero la Laguna” en Coacalco, Estado de México, es de:

Suma $ 913,578.64

IVA $ 137,036.79

Total $ 1,050,615.43

(Un millón, cincuenta mil, seiscientos quince pesos 43/100, MN.)

Este costo total puede verse afectado o modificado por variaciones el los costos parciales de mano de obra o de los materiales, equipos de bombeo, accesorios e inflación.

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4.2 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO. 4.2.1 Pago del sistema de bombeo. En un inicio se tenía pensado hacer la distribución equitativa de contribuciones, que se harían por parte de todas las partes involucradas para la realización de este proyecto, bajo las siguientes condiciones. Para determinar quienes y en que cantidad aportarían para la realización del sistema de bombeo. Primero, se solicitaría el apoyo a la CNA, bajo las siguientes condiciones:

El abastecimiento de agua potable al D.F. proporcionado por el pozo 10 del ramal Los Reyes-Ecatepec, en nada se vería afectado tomando en cuenta la cantidad actual y futura de gastos volumétricos y habitantes beneficiados.

El uso del agua en este sistema de bombeo, es razonable y justificable, si

tomamos en cuenta el hecho de que el hombre tiene la necesidad de abastecerse, dentro de un marco legal y normativo del preciado recurso.

En los tres niveles de gobierno, se tendría un mayor registro y control, al tener

detectados los puntos de consumo, es decir se normalizarían a las conexiones irregulares y se podría asegurar el abastecimiento a consumidores nuevos.

Ahora bien si el costo total del proyecto es de $ 1,050,615.43 MN., la distribución de ésta inversión que busca el pronto beneficio de las colonias en conjunto, sería de la siguiente forma:

Contribuyente Colonia Importe

Comisión Nacional de Agua. Zona Federal $ 400,000.00

Municipio de Ecatepec. Las Golondrinas $ 180,000.00

El Potrero $ 40,000.00

U.H. Potrero la Laguna $ 95,000.00 Municipio de Coacalco.

Red de Distribución $ 336,000.00

Total: $ 1,051,000.00 Manejando estas cantidades para cada parte beneficiada, el costo total puede ser liquidado por autoridades y comunidad en conjunto, si tomamos en cuenta que el costo de la perforación y equipamiento de un pozo es de $1,980,000.00 (ref. 16), 88% mas, que el costo de este sistema de bombeo. Parecería muy fácil que cada quien aportara lo que le corresponde invertir. Pero desgraciadamente siempre existe la negativa tanto de autoridades como de la comunidad, aunque este proyecto traiga muchos beneficios.

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Es por eso que, para ahorrar la solicitud de contribuciones a autoridades y poder pagar el “Sistema de Bombeo”, hablaremos de lo que es el programa “PRODDER” (Programa de Devolución de Derechos) coordinado por la CNA y al cual SAPASAC, está afiliado. El programa federalizado “PRODDER”, consiste en la devolución del pago de los derechos que el órgano operador de agua potable de la comunidad sostiene con la Comisión Nacional del Agua. Los requisitos para poder inscribirse al “PRODDER” son:

No presentar adeudos por concepto de pago de derechos (títulos de propiedad de pozos y extracción de agua) en el ejercicio fiscal correspondiente.

Solicitar por escrito a la CNA, la asignación de los recursos hasta por un monto equivalente a los derechos cubiertos durante el presente ejercicio.

Suscribir el anexo de ejecución correspondiente y entregar el programa de acciones, dictaminado por la CNA a nivel estatal o regional, en la gerencia de la CNA de su entidad.

Las empresas públicas o privadas prestadoras de los servicios deberán aportar recursos por un total, al menos igual a la parte federal comprometida.

En otras palabras si el órgano prestador de los servicios se mantiene al corriente en el pago de derechos, esa cantidad es devuelta por la CNA, bajo la consigna de que esa cantidad devuelta sea invertida en obras públicas del sector agua. Bajo estas condiciones que plantea el “PRODDER”, nuestro “Sistema de Bombeo” puede ser incluido y costeado por la CNA y por SAPASAC, bajo el siguiente concepto “Infraestructura de Agua Potable”, el cual cubre obras de captación, líneas de conducción, plantas potabilizadoras, cloradores, tanques de regularización y almacenamiento, así como redes de distribución. Es de subrayar la importancia del gran beneficio que presenta el “PRODDER”, ya que con esta opción nos evitaremos solicitar el apoyo del municipio de Ecatepec y muy por el contrario, si lo vemos desde el lado de contribuciones, se pueden ofrecer las tomas o interconexiones que se tenían pensadas a lo largo de la línea de conducción del sistema, pero ahora el municipio de Ecatepec tendría que pagar derechos al de Coacalco, motivo por el cual sería mas justificable el apoyo cedido por SAPASAC para poner en práctica este proyecto. Por otra parte, de no existir el programa “PRODDER”, es posible conseguir el apoyo del municipio de Ecatepec, ya que bajo el argumento de que si por medio de la colonia en cuestión perteneciente a Coacalco se logra conseguir que la CNA otorgue la “parcial concesión” del pozo 10 del ramal los Reyes-Ecatepec para poder aplicar nuestro sistema alterno de bombeo y sumando el beneficio que tendría una de sus colonias menos favorecidas en cuanto a este servicio, al igual que SAPASAC, tomen en cuenta lo sencillo, rápido y eficiente que resultaría darle seguimiento al presente trabajo.

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Para esta alternativa de costear el proyecto, la recuperación total de la inversión, basándonos en la distribución de contribuciones de los elementos involucrados y beneficiados mencionados anteriormente, sería aproximadamente en 5 años, lo que representa 1/5 parte del tiempo de vida útil de nuestro proyecto. Si lo vemos desde el lado de impuestos, el municipio quedará satisfecho y los beneficiados, pues contarán con mas tiempo del servicio de agua potable, ambos hasta el año 2025. 4.2.2 Pago del mantenimiento del sistema de bombeo. Las acciones de mantenimiento al “Sistema de Bombeo”, se pueden manejar en forma de programa, el cuál incluya acciones preventivas, correctivas y predictivas que se apliquen periódicamente en tubería, equipos de bombeo, pozo, estación de bombeo, etc. formulado y llevado a cabo por personal de S.A.P.A.SA.C. Aunque sea un sistema de abastecimiento de agua potable pequeño, el programa de mantenimiento es necesario para:

Conservar la eficiencia del sistema.

Evitar fallas en las instalaciones.

Discutir y eliminar los puntos débiles del sistema o condiciones que puedan entrañar peligro.

Determinar los tipos, cantidad de materiales y piezas de repuesto que se deben almacenar para hacer las reparaciones.

Analizar el funcionamiento de las diferentes partes del sistema de distribución para que sirva de guía a futuras instalaciones.

Reducir los costos de mantenimiento.

Mantener buenas relaciones públicas haciendo las reparaciones necesarias antes de que ocurran daños e interrupciones graves en el sistema.

Para facilitar el pago de cambio o reposición de los componentes del “Sistema de Bombeo” que hayan cumplido con su objetivo, el programa de mantenimiento que se formule para corregir los problemas que se vayan presentando durante el periodo de diseño del proyecto; puede incluirse en el programa anual de obras públicas presentado ante la CNA, bajo las disposiciones del PRODDER y obtener el apoyo económico. Afortunadamente y gracias a ello, el municipio Coacalco no presenta rezagos de importancia en sus pagos de derechos ante la CNA.

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4.2.3 Pago del agua. Este aspecto es también importante, ya que hay que definir que por una parte hay que cubrir el costo del proyecto, pero la cuestión del pago del agua es totalmente diferente. Si bien cada, habitante paga los derechos del agua ante el órgano operador correspondiente y que a su vez, este lo hace con el organismo estatal, hasta llegar a un nivel federal. En relación a nuestro proyecto y bajo este mismo orden, es que el agua suministrada a las colonias involucradas en el proyecto, se haga del mismo modo, puede que haya algún tipo de aumento en las cuotas, pero sí exhortaríamos a las autoridades a que lo manejaran proporcional a las posibilidades del consumidor en función a la colonia habitada. En el caso en que el resto del municipio de Coacalco, tal vez en menor medida, denotarán un cambio en el suministro de agua potable, también podría haber un pequeño aumente en el cobro de esta. Estos aumentos tienen que ir en proporción de la capacidad de pago de estas colonias y también tomando en cuenta el tiempo de amortización del proyecto. Si por algún motivo o circunstancia el “Sistema de Bombeo” no puede ser incluido en el plan de obras públicas que establece el “PRODDER”, se podría incluir el pago del proyecto, como medida alterna de amortización. Esto por si la gente como es lógico no pudiese o peor aún no quisiera contribuir con el proyecto. Con esto no se quiere decir que sea obligatorio o motivo de alguna sanción, su falta de participación. Por ello es importante, crear y promover un programa que haga ver a las colonias y sus habitantes involucrados, el beneficio que traería consigo la aplicación de este proyecto.

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Conclusiones. Durante el desarrollo del presente trabajo surgieron una serie de detalles, por las que se puede concluir lo siguiente: La aplicación del sistema de bombeo, está delimitado por varios factores como los son, el hecho de que son varios los municipios involucrados y por tanto son también los organismos operadores, encargados de administrar las aguas correspondientes a sus territorios. Aunque parezca que es sencillo proponer cualquier solución que ayude a resolver los problemas referentes al abastecimiento del agua potable, muchas veces no es así, en nuestro caso pueden influir aspectos más que económicos, pueden serlo políticos, tal vez por que el municipio necesitado del recurso, se administra por algún frente político y el municipio que lo tenga pertenezca a otro frente político. O la situación puede ser al contrario, de cualquier modo, sean cual sean las diferencias entre partidos, los gobernantes deben ver más allá y atender, ya no las exigencias, sino las necesidades de las comunidades. En nuestro caso, el principal órgano operador de las aguas nacionales, la Comisión Nacional del Agua, debe de tener en cuenta de que ya no hay por que tener preferencias y que ante la cada vez mayor escasez de agua en nuestro país, es de suma importancia estudiar propuestas, tomar actitudes, implementar medidas, desarrollar y apoyar proyectos para que todos los estados, municipios y colonias equitativamente cuenten con el abastecimiento de agua potable y así no solamente realizar las actividades diarias, sino mas importante aún, cubrir las necesidades del ser humano. En este proyecto no solamente se busca beneficiar a unos cuantos, durante el desarrollo de este, se pudo concluir que la proyección y vida útil es adecuada considerando los aumentos de la población. La construcción de éste, por la localización en las gráficas, puede ser muy rápida y sin afectaciones a terceros. Pero más que ello, gracias a que SAPASAC actualmente se encuentra suscrito al programa “PRODDER”, nuestro proyecto puede ser incluido en la lista de obras públicas que el organismo operador llevará acabo durante el año. Esto quiere decir que bajo la evaluación del “Sistema de Bombeo” por parte de SAPASAC, este proyecto podría iniciarse durante el año 2006. A pesar de que el proyecto requiera la descripción de la obra eléctrica, respecto a este punto es de resaltar que el presente trabajo sólo menciona la selección de motores para ambos equipos de bombeo. Pero aún resta calcular, seleccionar y cotizar los transformadores, subestaciones eléctricas, arrancadores, protecciones, etc. para pozo y estación de bombeo.

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Respecto a la obra eléctrica, el suscrito concluye, que por la poca “atención” que prestan empresas distribuidoras de elementos y material eléctrico, desgraciadamente este factor limitó de forma, que éste trabajo quedara sólo como anteproyecto. Aún así, si las instalaciones eléctricas en el pozo y en la estación de bombeo lo permiten, el proyecto puede adaptarse a reserva de que, personal calificado en el tema determine que tan viable puede serlo. Durante el desarrollo de esta tesis puede verse que la propuesta, la memoria de cálculo, el proceso de construcción y el análisis económico son lo bastante claros para estudiarse y aplicarse. Es importante señalar que a pesar de que lo que se busca es la aplicación de esta alternativa, inicialmente quedará sólo como “proyecto tentativo”, ya que como se mencionó en los objetivos, lo que se busca es demostrarle al órgano operador de agua en Coacalco, que existe una manera sencilla y económica de resolver el problema de falta de agua potable en la segunda sección de la colonia “Potrero la Laguna”. El seguimiento que se de a esta propuesta de solución dependerá de S.A.P.A.SA.C. Por otra parte es importante señalar que datos como el golpe de ariete, la diferencia de niveles entre la fuente de abastecimiento y el tanque de regulación, los transformadores y subestaciones eléctricas, tendrán que ser estudiados, desarrollados y resueltos por personal experimentado en este tipo de cuestiones. Al igual que el tiempo de ejecución de la obra, ya que dependerá de la evaluación por parte de S.A.P.A.SA.C., para poder llevar a cabo éste proyecto. Un punto muy importante, es el de la presión en la tubería de descarga del pozo. Antes de montar el equipo nuevo, tendríamos que verificar si la tubería existente podría soportar la presión generada por nuestra bomba nueva de mayor capacidad. Si el espesor de dicha tubería no fuera el suficiente para operar con un rango de presión más elevado, tendrían que evaluarse mediante las pruebas correspondientes, el posible cambio del tren de descarga del pozo. Esta misma situación es aplicable para la tubería que comunica al tanque de regularización con el tanque elevado en la estación de bombeo. Para el caso de la presión en nuestra línea de conducción, tendrían que evaluarse las medidas que reduzcan la sobrepresión en la tubería, para que esta variable tenga un valor menor al máximo permisible de acuerdo a la NOM-013-CNA-2000. El suscrito está consiente de las limitantes de este trabajo, pero este tipo de ideas pueden marcar el inicio de una nueva cultura donde las autoridades abran espacios de participación para atender las propuesta que la sociedad tenga, en la resolución de problemas de carácter público.

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Glosario. Acuífero.- formación geológica por la que circulan o se almacenan aguas subterráneas que puedan ser extraídas para su explotación. Agua.- Líquido incoloro, inodoro e insípido compuesto por hidrógeno y oxígeno. Elemental para las necesidades básicas y actividades importantes del hombre. Agua para uso y consumo humano.- Agua que no contiene contaminantes objetables, ya sean químicos o agentes infecciosos y que no causa efectos nocivos para la salud. También se denomina como agua potable. CAEM.- Comisión de agua del Estado de México. Características microbiológicas.- Debidas a microorganismos nocivos a la salud humana. Caudal.- Es el volumen de fluido por unidad de tiempo que pasa a través de una sección transversal a la corriente. Carga.- La presión que ejerce una columna vertical de un líquido en cualquier punto, debido a su peso. Cavitación.- Fenómeno físico que se presenta en los fluidos, cuando éstos alcanzan la presión de vapor en algún punto del elemento que conduzca dicho flujo. Cuando un fluido alcanza una presión inferior a la presión de saturación de vapor, este se evapora y se originan “cavidades” de vapor. Estas cavidades o burbujas arrastradas por la corriente llegan a la zona de presión muy elevada y allí se produce una condensación violenta del vapor, provocando que haya un impacto en el contorno interno del conducto. CNA.- Comisión Nacional del Agua. Coeficiente de Fricción.- Parámetro de diseño hidráulico que permite determinar las pérdidas de energía en un acueducto. Consumo de Agua.- Volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades de los usuarios, habiendo diferentes consumos: domésticos, no domésticos (comercial e industrial) y público. Demanda.- Volumen total de Agua requerido por una población para satisfacer todos los tipos de consumo, incluyendo las pérdidas en el sistema.

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Densidad de un Fluido (ρ).- Se define como su masa por unidad de volumen. Densidad Relativa.- Es la comparación de la densidad de cualquier sustancia contra la densidad de otra que sirve como referencia, ambas con determinadas características. Descarga.- La acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales a un cuerpo receptor. Desinfección.- Destrucción de organismos patógenos por medio de la aplicación de productos químicos o procesos físicos. Dotación.- Cantidad de Agua asignada a cada habitante para satisfacer sus necesidades personales en un día media anual. Es el cociente de la demanda entre la población de proyecto). Consumo diario promedio per cápita. Elemento.- Cualquier componente de la red que debe satisfacer los requerimientos de la NOM-013-CNA-2000. Generalmente son tubos, piezas especiales y válvulas. Equipo de Bombeo.- Consiste en dos elementos: una bomba y su accionador el cual puede ser un motor eléctrico, un motor de combustión interna, etc. El accionador entrega energía mecánica y la bomba convierte la energía cinética que un fluido adquiere en forma de presión, de posición y de velocidad. Estación de Bombeo.- Sitios en donde se instalan equipos mecánicos para elevar el agua de un lugar bajo a otro elevado. Estanquidad.- Característica de una red de distribución de no permitir el paso del agua a través de las paredes de los tubos, piezas especiales y válvulas. Evaporación.- Separación del agua de los sólidos disueltos, utilizando calor como agente de separación, condensando finalmente el agua para su aprovechamiento. Filtración.- Remoción de partículas suspendidas en el agua, haciéndola fluir a través de un medio filtrante de porosidad adecuada. Fluido.- Es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar cuan pequeño sea este esfuerzo. Fo.Fo.- Abreviación en ingles de fierro fundido. Fuente de Abastecimiento.- Sitio del cual se toma el agua para suministro al sistema de Distribución.

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Fuga.- Escape del agua por la pared de la tubería, sus dispositivos de unión y accesorios. Se considera fuga a partir de un escurrimiento (las zonas húmedas de la pared no se consideran fugas. Gasto.- Volumen de agua medido en una unidad de tiempo, generalmente se expresa en litros por segundo. Golpe de Ariete.- Es un fenómeno de sobre presión que se produce en los conductos al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o parar una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Hermeticidad.- Característica de una red de distribución de no permitir el paso del agua al exterior a través de las uniones de sus elementos. Hidráulica.- Rama de la física que trata lo relacionado a los fluidos y sus movimientos. Línea de Conducción.- Elemento que sirve para transportar el agua desde la fuente de captación hasta el tanque regulador, de manera continúa (generalmente tubos) y que puede trabajar a presión en el caso de tuberías o a superficie libre, en caso de canales y tuberías. Organismo operador.- Entidad encargada y responsable del suministro de agua potable en cantidad y calidad adecuada. Nivel Dinámico.- Nivel del agua cuando se está bombeando. Nivel Estático.- Nivel del agua antes de iniciar el bombeo. Pérdida Física.- Volumen de agua que entra al sistema de distribución de Agua, que no es consumido. Peso Específico (γ).- Es su peso por unidad de volumen (γ= ρ/g). Período de Diseño.- Lapso para el cual se diseña el sistema. Es el período en que se estima que la obra o elemento del proyecto alcanza su máxima eficiencia. Piezas especiales.- son todos aquellos accesorios que se emplean para llevar a cabo ramificaciones intersecciones, cambios de dirección, modificaciones de diámetro, unión de tuberías de diferente material o diámetro, entre otros. Planta de Potabilización.- Sitio en el cual se eliminan del agua los elementos nocivos para la salud humana.

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Población de Proyecto.- Número de habitantes de una, localidad al final del período de diseño. Pozo.- Obra de ingeniería, en la que se utilizan maquinarias y herramientas mecánicas para su construcción, para permitir extraer agua del subsuelo. Ramal.- Conjunto de pozos interconectados en Serie. Red de distribución de agua potable (Red).- Conjunto de tuberías, piezas especiales y válvulas que distribuyen el agua generalmente desde el tanque de regulación hasta la toma domiciliaria. S.A.P.A.SA.C.- Servicio de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Coacalco. Sistema de Bombeo.- Acción o serie de acciones que nos permita conducir un fluido de un nivel inferior a uno superior. Tanque de Almacenamiento.- Obra Civil, de dimensiones específicas donde se recibe el agua de algún Ramal o Batería de Pozos. Topografía.- Disposición, relieve de un terreno. Tubería.- Conjunto formado por los tubos y su sistema de unión o ensamble. U. H.- Unidad Habitacional Uso doméstico.- utilización del agua nacional destinada al uso particular de las personas y del hogar, que no constituya una actividad lucrativa. Válvulas.- Accesorios que se utilizan en las redes de distribución para controlar el flujo. Vida Útil.- Es el lapso en el cual se estima que la obra o elemento del proyecto funciona adecuadamente. Viscosidad (µ ).- Es aquella propiedad de un fluido en virtud de la cual ofrece resistencia al corte. Viscosidad Cinemática (υ).- La razón de la viscosidad a densidad de masa; (υ=µ /ρ). Volumen Específico (v).- Es el recíproco de la densidad; (1/ρ).

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Anexos. 1. Nomograma.- Velocidad de Líquidos en Tuberías. Tomado de la bibliografía 3.

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2. Diagrama.- Diagrama de Moody. Tomado de la bibliografía 4.

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3. Tabla.- Coeficientes de Resistencia K. Tomada de la bibliografía 3.

4. Tabla.- Coeficiente de Rugosidad Absoluta (ε) para tuberías comerciales.

Tomada de la bibliografía 4.

Tipo de Tubería Rugosidad Absoluta, ε (mm) Vidrio, cobre o latón estirado < 0.001 (o lisa) Latón Industrial 0.025 Acero laminado nuevo 0.05 Acero laminado oxidado 0.15 a 0.25 Acero laminado con incrustaciones 1.5 a 3 Acero asfaltado 0.015 Acero roblonado 0.03 a 0.1 Acero soldado, oxidado 0.4 Hierro Galvanizado 0.15 a 0.20 Fundición corriente nueva 0.25 Fundición corriente oxidada 1 a 1.5 Fundición asfaltada 0.1 Cemento aislado 0.3 a 0.8 Cemento bruto Hasta 3 Duelas de Madera 0.183 a 0.91

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5. Tabla.- Propiedades del agua. Tomada de la bibliografía 4.

Temperatura (T) [ ºC ]

Viscosidad cinemática

(υ) [ m2/s ]

Módulo de elasticidad volumétrica

(EV) (GPa)

Densidad ( ρ )

[ Kg/m3 ]

Peso específico

( γ ) [ N/m3 ]

5 1.520 x 10-6 2.06 999.9 9807 10 1.308 x 10-6 2.10 999.7 9804 15 1.142 x 10-6 2.14 999.0 9798 20 1.007 x 10-6 2.18 998.2 9789 25 0.897 x 10-6 2.22 997.0 9778 30 0.804 x 10-6 2.25 995.6 9764 35 0.727 x 10-6 2.26 994.0 9749 40 0.661 x 10-6 2.28 992.2 9730 50 0.556 x 10-6 2.29 988.0 9690

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6. Nomograma.- Longitudes equivalentes L y L/D, coeficiente de resistencia K Tomado de la bibliografía 3.

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7. Gráfica.- Curva de comportamiento de la bomba vertical tipo turbina modelo PF70-

NW 14”. Tomada de la bibliografía.

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8. Gráfica.- Curva de comportamiento de la bomba vertical tipo turbina modelo PF70-

NW 8”. Tomada de la bibliografía.

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9. Plano descriptivo del Sistema de Bombeo.

P-10

a) La segunda sección de la colonia Potrero la Laguna, limita al noroeste con el Eje 3, al sureste con el canal de aguas negras, al suroeste con la calle Nicolás Bravo y al noreste con la Av. Presidentes de Coacalco

Estación de bombeo.

Codo 22º

Tubería asb-cem 203mm (8plg)

Te 8 x 8 plg

Codo 90º

Longitud del tramo en metros

Puente

NOTAS:

Fuente de abastecimiento.

Limite Municipal

Segunda sección de la Colonia Potrero la Laguna en Coacalco, Estado de México.

Localidad:

SIMBOLOGIA:

15,049 habitantes.Población de Proyecto:

9. Plano descriptivo del Sistema de Bombeo.

P-10

E.B.

E.B

.

L =

Nogale

sRosas d

e GuadalupeAzucenas

L=585

L= 4

50

L= 955

L= 90

L= 9

0

L= 517

L= 6

7

MUNICIPIO DE TULTITLAN

MUNICIPIO DE COACALCO

MUNICIPIO DE ECATEPEC

MUNICIPIO DE JALTENCO

N

Eje 3

Arturo Álvarez

Alfonso Cárdenas

Gabriel Suárez

Cla

udio

Muñoz

Nic

olás

Mor

elos

Av.

Pre

side

nte

s de

Coa

calc

o

Pot

rero

Nort

e

Av. Canal Castera

ColoniaLas Golondrinas

Colonia

El Potero

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

S i s t e m a d e B o m b e o

Acot.: mEsc.: s/e

Realizó: Hernández Ayala AdánFecha: Noviembre de 2005

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Sistema de Bombeo para la segunda sección de la colonia Potrero de Laguna en Coacalco, Estado de México.

P. Hernández Ayala Adán. Ingeniería Mecánica. ESIME-Unidad Profesional Azcapotzalco.

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Bibliografía. NOTA: La leyenda (ref. Nº), corresponde al número y título de la bibliografía utilizada.

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