zuniga_angulo_joel_martin_2008.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

E.A.P. DE INGENIERÍA MECÁNICA DE FLUIDOS

Rehabilitación y equipamiento de pozo profundo P-747 para abastecimiento de agua al Condomio Los Ruiseñores de

Santa Anita

MONOGRAFÍA

Para optar el Título de Ing. Mecánico de Fluidos

AUTOR

Joel Martín Zúñiga Angulo

LIMA – PERÚ 2008

E.A.P. Ingeniería Mecánica de Fluidos

Rehabilitación y Equipamiento de Pozo P-747, para abastecimiento de agua a condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita” 2

� DEDICADO A MIS PADRES POR SU

SACRIFICIO Y APOYO INCONDICIONAL

� A MIS HERMANOS POR SU

COMPRENSION EN CADA MOMENTO



AGRADECIMIENTOS

� A Dios por ser mi creador y guía.

� A mis padres Madali y Luis por su sacrificio, apoyo y palabras de aliento en los

momentos donde más lo necesitaba.

� A mis hermanos Luis y Renzo, por sus sacrificios para no desconcentrarme en mis

momentos de estudio.

� Al Ing. Raúl Vargas Roncal, por brindarme sus conocimientos siendo alumno de Pre-

Grado y su apoyo en la realización de la presente monografía.

� A la Empresa POBLETE ARQUITECTOS DISEÑO Y CONSTRUCCION S.A. por

haberme brindado la confianza de realizar la selección del equipo de bombeo para

su proyecto de abastecimiento de agua.

� A mi querida Escuela Académica Profesional de Ingeniería Mecánica de Fluidos, por

acogerme en mis años de Pre-Grado y darme los primeros conocimientos para mi

vida profesional.

� A la biblioteca de mi Escuela Ingeniería Mecánica de Fluidos en la persona de la Sra.

Carmen Quezada, por brindarme las facilidades necesarias para recopilar la

información referente a mí tema de estudio.

� A los profesores que se interesaron por mi desarrollo profesional y a todos los

amigos que me dieron siempre su apoyo.



INDICE

RESUMEN……………………………………………………………………………. 7 1. INTRODUCCION.................................................................................................. 9 2. ANTECEDENTES.................................................................................................. 10 3. OBJETIVOS……………………………………………………………………… 11

3.1. OBJETIVO GENERAL………………………………………………............. 11 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS………………………………………………… 11

4. FUNDAMENTO TEORICO…………………………………...………………... 12

4.1 DEFINICIONES TEORICAS REFERENTES AL POZO Y SELECCIÓN

DEL EQUIPO DE BOMBEO…...…………………………………………… 12

4.1.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES……………………………….… 12 4.1.2. PARAMETROS HIDRAULICOS EN UN ACUIFERO………........... 13

4.1.3. TERMINOS IMPORTANTES EN EL ESTUDIO DE POZO

PROFUNDO…………………………………………………………... 13

4.1.4. PARAMETROS DE SELECCIÓN PARA EQUIPOS DE BOMBEO……………………………………………………………… 14

4.1.4.1. Caudal de Bombeo………………………………………...… 14 4.1.4.2. Altura Dinámica Total (ADT)………………………………. 15 4.1.4.3. NPSH…………………………………………………........... 15 4.1.4.4. Curva del Sistema………………………………...…………. 16 4.1.4.5. Relación entre Curva de la bomba y Curva del Sistema…….. 16

4.2 CONCEPTOS TEORICOS PARA EL CALCULO DE A.D.T. DEL SISTEMA……………………………………………………………………. 17

4.2.1. VELOCIDAD MEDIA DE FLUJO EN LA TUBERIA DE

IMPULSION (V)…………………………………………………….... 17

4.2.2. PERDIDA DE CARGA EN LA TUBERIA DE IMPULSION……….. 17

4.2.2.1. Pérdida de Carga por Fricción………………………………. 17



4.2.2.2. Pérdida de Carga Locales……………………………………. 18

4.3 PARAMETROS PARA EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE BOMBEO……………………………………………………… 19

4.3.1. VELOCIDAD ESPECIFICA………………………………………….. 19 4.3.2. POTENCIA……………………………………………………………. 20

4.3.2.1. Potencia Hidráulica………………………………………….. 20 4.3.2.2. Potencia Absorbida………………………………………….. 20 4.3.2.3. Potencia Instalada…………………………………………… 21

5. PROCESO DE REHABILITACION DEL POZO PROFUNDO P-747……… 22

5.1. INFORMACION DEL POZO P-747 ANTES DE LA REHABILITACION... 22

5.1.1. Información Inicial…………………………………………………….. 22

5.1.2. Evolución de la capacidad de producción antes de la rehabilitación….. 23

5.2. TRABAJOS REALIZADOS EN LA RECUPERACION DEL POZO……… 24

5.2.1. Recuperación del Fondo del Pozo……………………………………... 24

5.2.2. Cepillado de Tubería, Filtros y Limpieza……………………………... 24

5.2.3. Suministro, Inyección, Recirculación y Evacuación del Producto Químico Desincrustante……………………………………………….. 24

5.2.4. Desarrollo……………………………………………………………… 25

5.2.5. Aforo o Prueba de Rendimiento………………………………………. 25

5.2.5.1. Desarrollo por Bombeo……………………………………… 25 5.2.5.2. Aforo o Prueba de Rendimiento…………………………….. 26 5.2.5.3. Evaluación de los Resultados de la Rehabilitación………….. 27

5.3. ANALISIS DE AGUA……………………………………………………….. 28 5.4. CAUDAL SELECCIONADO Y TUBERÍA DE ABASTECIMIENTO…….. 28

6. MEMORIA DE CÁLCULOS…………………………………………………… 30

6.1 CALCULO DE A.D.T. DEL SISTEMA……………………………………... 30

6.1.1. CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN LA TUBERIA……….. 30



6.1.1.1 Cálculo de Pérdidas de Carga por Fricción y Velocidad Media………………………………………………………... 31

6.1.1.2 Cálculo de Pérdidas de Carga Local………………………… 36

6.2 CALCULO DEL SISTEMA DE BOMBEO…………………………………. 40

6.2.1 Determinación de la Curva Característica del Sistema………………... 40

6.2.1.1. Memoria de cálculo de pérdida de carga por fricción y local.. 41

6.2.2. Selección, característica y Curva de Operación de Electrobomba Sumergible…………………………………………………………….. 45

6.2.3. Relación entre la Curva del Sistema y la Curva de la Bomba………… 47 6.2.4. Cálculo de Coeficiente de la Velocidad Especifica…………………… 47 6.2.5. Cálculo de Potencia del Equipo de Bombeo…………………………... 48

6.2.5.1. Potencia Hidráulica……………………………….…………. 48 6.2.5.2. Potencia Absorbida………………………………………….. 49

6.2.5.3. Potencia Instalada…………………………………………… 49

6.2.6. Cálculo de NPSHd del Sistema…........................................................... 49

7. RESULTADOS FINALES………………………………………………………. 51 8. DISCUSIÓN DE RESULTADOS……………………………………………….. 59

8.1. EN LA REHABILITACION DEL POZO……………………………………. 59

8.2. EN LA TUBERIA DE IMPULSION……………………………………….... 59

8.3. EN LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO………………………… 59

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………………………… 61

9.1. CONCLUSIONES…………………………………………………………… 61

9.2. RECOMENDACIONES……………………………………………………… 62 10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………….. 63 REALACION DE FIGURAS………………………………………………………... 65

ANEXOS……………………………………………………………………………… 73



RESUMEN

Por estos tiempos es común divisar el desarrollo de varios proyectos de construcción tanto

de conjuntos habitacionales como de centros comerciales en diferentes distritos de nuestra

ciudad capital. Dichos proyectos obedecen a la gran demanda por parte de la población

creciente de Lima que buscan poder obtener una de estas propiedades inmuebles que son

ofertadas por parte de las diferentes constructoras del mercado.

Es por este motivo que las empresas constructoras están en la continua búsqueda de espacios

donde desarrollar proyectos relacionados con la construcción de edificios, conjuntos

habitacionales, condominios, etc.

Uno de los inconvenientes primarios para el desarrollo de estos proyectos constructivos, es

el abastecimiento de agua a los futuros centros habitacionales, ya que es un requerimiento

indispensable para obtener los permisos respectivos y las conformidades por parte de la

municipalidad de la jurisdicción donde se desarrolla el proyecto y así poder tramitar los

títulos de propiedad para cada uno de sus clientes.

POBLETE ARQUITECTOS DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN S.A., es una constructora que tuvo inicialmente problemas para resolver el abastecimiento de agua al reservorio de su futura construcción del condominio denominado “Los Ruiseñores de Santa Anita” que consta de 400 departamentos en su totalidad.

El condominio se ubica en el distrito de Santa Anita en la Urb. Los Ficus, lugar donde existe

una continua racionalización de agua potable por parte de la compañía SEDAPAL, y esto se

da en algunas épocas del año por la sobrepoblación que existe en la zona y el bajo

abastecimiento que proporciona el Río Rímac y otros acuíferos superficiales cercanos.

La constructora logró obtener que la Compañía SEDAPAL le asignara una fuente de

abastecimiento directo al reservorio del condominio de su propiedad mediante un pozo

profundo que se encontraba inactivo casi 3 años y que se ubica cerca a la zona del proyecto.

La consignación de este acuífero tuvo como condición que la constructora se encargara por

un lado de la rehabilitación del pozo profundo para asegurar un buen rendimiento y eficiente

vida útil y por otro lado el equipamiento del mismo mediante un moderno equipo de bombeo

que asegure que su rendimiento optimo sea tal, que el consumo de energía pueda ser el

mínimo posible al igual que los costos por mantenimiento. De esta manera se debía asegurar

un abastecimiento continuo al reservorio del condominio y poder proveer continuamente de

agua a cada vivienda que conforma el centro habitacional.



En el presente trabajo, en primer lugar se presentará lo que corresponde a las etapas

concernientes a la rehabilitación del pozo profundo para luego determinar el rendimiento del

mismo y el caudal óptimo al cuál trabajará este acuífero, de tal modo que se pueda obtener

el mayor aprovechamiento como fuente de alimentación de agua potable y asegure una larga

vida útil.

En la segunda parte se presentará el desarrollo de los cálculos realizados en el sistema

conformado por la red de tuberías y la selección del equipo de bombeo donde se determinará

el tipo de bomba que proporcione un desempeño fiable en el abastecimiento continuo de

agua.

Finalmente se analizará la relación entre la curva del sistema y la curva del equipo de bombeo

las cuales deben coincidir en un punto común llamado Punto Optimo de Operación, el cuál

debe ubicarse en la zona de máximo rendimiento dentro de la curva del equipo.



1. INTRODUCCION

Lima es una zona costera desértica en la cual el abastecimiento de agua para toda su

población existente es imposible poder ser cubierta con recursos superficiales. En algunos

sectores una alternativa como fuente de abastecimiento es realizar explotaciones de pozos

profundos para poder cubrir estás importantes demandas actuales de consumo de agua.

Las fuentes de aguas subterráneas en su gran mayoría bajo una dosis determinada de

cloración son aceptadas como potables y por ende aptas para el consumo humano.

Un pozo profundo es una fuente subterránea de agua que debe ser responsablemente

estudiada antes de su proceso de explotación para poder determinar sus características

hidráulicas y rendimiento, ya que si se realizara una sobre explotación de este acuífero se

podría echar a perder como una fuente de abastecimiento.

La extracción de agua se realiza mediante un equipo de bombeo, el cuál debe ser

seleccionado en función del caudal requerido y la altura dinámica del sistema, producto de

la diferencia de alturas estática entre el Nivel Dinámico del pozo y el punto más elevado del

sistema adicionando las pérdidas de fricción en la tubería y las pérdidas locales.



2. ANTECEDENTES

POBLETE ARQUITECTOS DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN S.A. en virtud del

“CONVENIO DE REHABILITACIÓN Y EQUIPAMIENTO DE INFRAESTRUCTURA”

suscrito con la Compañía SEDAPAL el 27 de noviembre del 2006, el cual consiste en

rehabilitar y equipar el Pozo P-747 “Lotización Puente 7” con la finalidad de abastecer de

agua potable al Condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita” localizado en terrenos de su

propiedad, sito en la Av. Los Ruiseñores Nº 465, distrito Santa Anita.



3. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Poder resolver el abastecimiento de agua al condominio “Los Ruiseñores de Santa

Anita” por una fuente propia, ya que se ubica en una zona donde existen ciertos períodos

de racionalización de agua y así poder asegurar un abastecimiento continuo durante

todos los días del año a través de la explotación de un pozo profundo.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Rehabilitar el pozo profundo P-747 propiedad de la Compañía SEDAPAL, mejorar

su producción y funcionamiento hidráulico para garantizar el suministro de agua al

Condominio Los Ruiseñores de Santa Anita, cuya demanda mínima es de 8 l/s.

• Determinar la mejor selección de un equipo de bombeo que asegure la extracción

de agua que cubrirá la demanda con el caudal proyectado.

• Elaborar la Curva del Sistema a partir de determinar el A.D.T. para diferentes

regímenes de caudal.

• Relacionar las Curva del Sistema con la Curva de Operación del equipo de bombeo

seleccionado, con lo cual determinaremos el Punto Óptimo de Operación.

• Indicar las consideraciones básicas que se deben tener en cuenta para obtener el

mayor rendimiento de un pozo profundo y así asegurar un eficiente abastecimiento

de agua.

• Analizar los parámetros hidráulicos para la correcta selección y funcionamiento del

equipo de bombeo que se encargará de la extracción de agua del acuífero.



4. FUNDAMENTO TEORICO

4.1 DEFINICIONES TEORICAS REFERENTES AL POZO Y SELECCIÓN DEL

EQUIPO DE BOMBEO

El pozo profundo es un acuífero de gran importancia en la actualidad por ser una fuente

alternativa para el abastecimiento de agua, pero que su explotación debe ser racional y

debe ser regida por un responsable estudio previo para asegurar una vida útil prolongada

y aprovechar su rendimiento hidráulico. Este estudio determinará el adecuado diseño y

construcción de esta fuente de agua.

4.1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES

•••• Acuífero

Se denomina así al estrato o formación geológica que contiene agua en cantidad

apreciable y que permite que circule a través de ella con facilidad.

•••• Acuífero Libre

Son aquellos en los cuales existe una superficie libre del agua encerrada en ellos

y que se encuentra a presión atmosférica. La superficie del agua será el nivel

freático y podrá estar en contacto directo con el aire o no, pero lo importante es

que no tenga por encima ningún material impermeable. En estos acuíferos, al

perforar pozos que los atraviesen total o parcialmente, el agua alcanza un nivel

que sería el mismo que tendría dentro de la formación geológica, es decir el nivel

freático (nivel real) coincide con el nivel piezométrico (nivel ideal que alcanzaría

el agua a presión atmosférica).

•••• Pozo profundo

Un pozo de profundidad superior a los 30 m, generalmente con revestimiento

impermeable, y por lo tanto poco afectado por las impurezas del agua superficial,

generalmente extrae agua de la zona de saturación, que a pesar de ser

relativamente pura, puede también ser dura.

En la FIGURA Nº 1 de la sección FIGURAS podemos encontrar los términos

más importantes con los que podemos realizar la descripción de un pozo profundo.



4.1.2 PARAMETROS HIDRAULICOS EN UN ACUIFERO

Los parámetros que describen el comportamiento hidráulico de un acuífero son:

•••• Permeabilidad (K)

Cualitativamente refleja la facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por

un fluido, en nuestro caso el agua, y se define como el caudal que pasa por una

sección del acuífero de superficie unitaria bajo un gradiente hidráulico unitario a

una temperatura fija determinada. En general se expresa en m/día.

•••• Transmisibilidad (T)

Nos indica la capacidad de un acuífero de transmitir agua. Esta circulación

horizontal por una formación geológica será una combinación de la permeabilidad

y del espesor.

•••• Coeficiente de Almacenamiento (S)

Es el volumen de agua liberado por una columna de base unidad y de altura todo

el espesor del acuífero cuando el nivel piezométrico desciende una unidad. Si

consideramos 1 m2 de acuífero libre y hacemos descender 1 metro su superficie

freática el volumen de agua que habremos extraído será la porosidad eficaz.

Es un valor adimensional (volumen / volumen) y para acuíferos libres su valor

oscila entre 0.01 y 0.3, siendo el intervalo más frecuente entre 0.1 y 0.3.

4.1.3 TERMINOS IMPORTANTES EN EL ESTUDIO DE POZO PROFUNDO

En el estudio de un pozo profundo hay muchos términos de suma importancia que

necesitan ser comprendidos, ya que se emplearán en las pruebas de bombeo que

describirán sus características fundamentales.

La descripción de estos términos la realizamos a continuación:

• Nivel Estático del Agua.- Es el nivel a que el agua permanece dentro del pozo

cuando no se está extrayendo agua del acuífero por bombeo o por descarga libre.

Se expresa como la distancia desde la superficie del terreno (o desde algún punto

de referencia cercano a este) hasta el nivel del agua en el pozo.

• Nivel Dinámico.- Es el nivel a que se encuentra el agua dentro del pozo conforme

avanza el bombeo.



• Abatimiento.- este parámetro nos indica la diferencia entre el nivel estático y el

nivel dinámico.

• Caudal Específico.- Se llama así al parámetro que relaciona la descarga por

unidad de abatimiento y lo obtenemos dividiendo la descarga por el abatimiento

en un determinado tiempo que será el mismo para estos dos parámetros.

• Rendimiento del pozo.- Este término mide el volumen que descarga el pozo por

unidad de tiempo cuando está siendo bombeado o por flujo natural. Las unidades

en que se mide son m3/seg. o lt/seg.

• Rendimiento Específico.- es la relación entre la cantidad de agua que puede

drenar libremente el material y el volumen total de la formación, resultando

siempre menor que la porosidad total.

Un acuífero de textura fina tendrá un rendimiento específico pequeño, mientras

que un acuífero de textura gruesa tendrá uno mayor, ya que es capaz de producir

una mayor cantidad de agua almacenada.

4.1.4 PARAMETROS DE SELECCIÓN PARA EQUIPÒS DE BOMBEO

Algunos de los parámetros importantes dentro del sistema donde se implementará

un equipo de bombeo son los siguientes: Caudal de Bombeo, Altura Dinámica

Total (A.D.T.) y el NPSH disponible. Además siguiendo la metodología para

hallar el A.D.T. al variar la extracción de volúmenes de agua (caudal) podemos

elaborar la gráfica de la Curva del Sistema.

Es importante determinar la Curva del Sistema para poder relacionarla con la

Curva de Operación de la Bomba y así seleccionar el equipo cuyo punto de

operación se encuentre en el área de mayor rendimiento. Esto garantizará que el

trabajo de la bomba sea el más eficiente y por ende el de menor costo posible en

cuanto al consumo de energía.

La descripción de cada uno de ellos la precisamos a continuación:

4.1.4.1 Caudal de Bombeo.- Es aquel caudal requerido para abastecer al

reservorio y que es producido por el pozo con un cierto descenso en el

nivel de agua respecto del nivel estático cuando se realiza la extracción

del acuífero.

A este nivel de descenso se le denomina nivel dinámico y se obtiene de

las pruebas de bombeo que se realiza al pozo antes de la puesta en

operación.



4.1.4.2 Altura Dinámica Total (ADT).- Representado por el nivel máximo de

las aguas en el sitio de llegada (nivel máximo de descarga al reservorio)

y el nivel dinámico del pozo incluido las pérdidas de carga totales

(fricción y locales) desarrolladas durante la succión y descarga. También

se obtiene por la sumatoria de la altura de impulsión más altura de

succión.

4.1.4.3 NPSH.- El término (NPSH) empleado en las bombas e instalaciones

significa “Net Positive Suction Head” (Altura Neta Positiva de

Aspiración).

NPSH se define como la energía neta (=energía total menos la tensión de

vapor) en la boca de aspiración de la bomba. El término cavitación está

estrechamente relacionado con (NPSH).

La cavitación es la formación de burbujas de vapor al descender la

presión estática por debajo de la tensión de vapor del líquido y su

posterior desaparición (implosión) al subir la presión por encima de la

tensión de vapor. Este proceso produce golpes puntuales de alta presión.

Si las burbujas están junto o próximas a una superficie, ej. Pared o alabe

del impulsor, los resultados de la implosión también llamado

“Microjets”, golpean la superficie de la pared / alabe del impulsor a alta

velocidad causando un fuerte desgaste. Esto explica la estructura porosa

tan característica de los materiales sometidos a cavitación.

Dos parámetros importantes que debemos tener en cuenta son el NPSH

requerido y el NPSH disponible.

El NPSH requerido (NPSHr) por la bomba es una característica de diseño

y construcción del equipo y equivale a la energía mínima que debe tener

el fluido a la entrada del primer impulsor de la bomba, con el fin de evitar

que disminuya por debajo de la presión de vapor del líquido, lo que

traería como consecuencia la formación de burbujas de vapor y la

consiguiente cavitación.

El NPSHr por la bomba es invariable y no depende del sitio donde se

instala, es función únicamente del caudal bombeado.

El NPSH disponible está relacionado con la instalación (sistema) y debe

tener una energía mayor que la necesaria de la bomba:

NPSH disponible > NPSH requerido



NPSHd = NPSHr + 0.5 m. (caso mínimo)

El cálculo del NPSHd se puede realizar por la siguiente relación:

NPSHd = (Pat. – Pv) + (Hb – Hd) - ∆p

Donde:

Pat. = Presión atmosférica

Pv = Presión de vapor del líquido

Hd = Nivel Dinámico

Hb = Altura del nivel de referencia a centro de ojo del primer impulsor.

∆p = Perdidas por fricción en tuberías y perdidas locales en la succión y

descarga.

En la FIGURA Nº 2 se representan los datos que se deben tener en cuenta

dentro del sistema para el cálculo del NPSHd.

4.1.4.4 Curva del Sistema.- La curva características del sistema HDT(Q) –

también conocida como la curva de altura de la instalación o de la tubería

– representa la altura total requerida de un sistema en función del caudal.

La altura total del sistema es generalmente la suma de un componente,

altura estática, independiente del caudal y un componente que depende

de la altura de instalación, del tipo de tubería, longitud de la misma y los

accesorios, la altura dinámica.

En la FIGURA Nº 3 se indican los componentes para la elaboración de

la Curva del Sistema.

4.1.4.5 Relación entre Curva de la Bomba y Curva del Sistema.- El punto de

trabajo de la bomba es aquel en que la altura total generada por ésta es

igual a la altura necesaria de la instalación: en otras palabras, el punto

donde se cruza la curva H(Q) de la bomba y la del sistema Ha(Q).

Esto determina el caudal Q que puede ser suministrado por la bomba a

través del sistema así como los valores de potencia absorbida P, de

rendimiento η y de NPSH requerido (NPSHr) de la bomba. Una

importante condición para el funcionamiento real en el punto de trabajo

también dependerá como se explicó en un punto anterior que el NPSH

disponible (NPSHd) de la instalación tiene que ser superior al NPSH

requerido (NPSHr) de la bomba al menos en el margen de la seguridad.

El caudal requerido es normalmente el parámetro principal en el

momento de seleccionar una bomba para un sistema determinado; la



altura total del sistema (= altura de la bomba) se calcula después, sobre

la base de unas condiciones de funcionamiento previamente dadas.

En el FIGURA Nº 4 se presenta las características referentes a la relación

entre la Curva del Sistema y la Curva de la Bomba.

4.2 CONCEPTOS TEORICOS PARA EL CÁLCULO DE A.D.T. DEL SISTEMA

4.2.1 VELOCIDAD MEDIA DE FLUJO EN LA TUBERIA DE IMPULSIÓN (V)

La velocidad media axial del fluido es la relación entre el caudal en un punto

definido y la sección transversal en ese punto.

A

QV = en m/s ; con Q en m3/s y A en m2

Desarrollando también el área de la tubería podemos deducir la siguiente

ecuación:

2

4

D

QV

××

=π

Donde:

V = Velocidad media del agua a través de la tubería (m/s)

D = Diámetro interior comercial de sección transversal de la tubería (m)

Q = Caudal de diseño especificado para bombeo (m3/s).

4.2.2 PERDIDA DE CARGA EN LA TUBERÍA DE IMPULSION

4.2.2.1 Perdida de Carga por Fricción

Para el cálculo de pérdidas por fricción en tuberías haremos uso de la

siguiente formula de HAZEN – WILLIAMS:

54.063.22785.0 SDCQ ×××=

Despejando el valor de S obtenemos lo siguiente:

85.1

63.22785.0

××

=DC

QS



Una vez calculado el valor de S en función de los parámetros indicados

que deben ser conocidos, para hallar la carga de pérdida total lo

relacionamos con la longitud de la tubería existente en la instalación

mediante la siguiente ecuación:

LSH f ×=

Donde:

Q = Caudal de bombeo (m3/s)

C = Coeficiente de rugosidad de HAZEN – WILLIAMS

D = Diámetro interior comercial de la tubería seleccionada (m)

S = Pendiente de la línea de energía o gradiente hidráulico (m/m)

Hf = Pérdida de carga por fricción (m)

L = Longitud de tubería con diámetro constante (m)

• Coeficiente de Rugosidad C

Este parámetro es empleado para el cálculo de la perdida de carga por

fricción con la fórmula de HAZEN – WILLIAMS y que depende del tipo

de tubería a utilizar.

Para el presente proyecto de abastecimiento de agua desde pozo

profundo hasta el reservorio del condominio “Los Ruiseñores de Santa

Anita” la tubería empleada en el sistema de impulsión es de material

ACERO SCHEDULE 40 y PVC para lo cual haremos uso de las

siguientes constantes de rugosidad de HAZEN WILLIAMS para estos

materiales:

� Para tubería de Acero Sch. 40, C = 120

� Para tubería de PVC, C = 135

4.2.2.2 Pérdida de Carga Locales

Cuando se produce concentración local de turbulencias y, por ello, una

pérdida de carga localizada en el accesorio que produce los cambios de

sección o dirección, tenemos pérdidas locales o singulares.

La expresión que usaremos pertenece a la teoría de Borde-Belanger la

cual depende del coeficiente de pérdida por cada accesorio y la velocidad

media del flujo.



∑=g

VKlH

2

2

Donde:

V = velocidad media del flujo en la sección de referencia (m/s)

K = coeficiente de rozamiento del accesorio.

Nota: La suma de los coeficientes de rozamiento K de todos los

accesorios, sólo es correcto si todos tienen el mismo diámetro nominal.

4.3 PARAMETROS PARA EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO

DE BOMBEO

Dos parámetros importantes para el buen funcionamiento del equipo de bombeo son la

velocidad específica que determina la velocidad de giro al igual que la forma del

impulsor para conseguir el máximo rendimiento, y la potencia requerida del equipo que

determina la potencia nominal del motor.

4.3.1 VELOCIDAD ESPECIFICA ( sn )

Un determinado punto de servicio con un caudal Q y una altura total H se puede

conseguir mediante bombas centrífugas con impulsores de diferentes formas,

dependiendo de la velocidad. La velocidad específica es el valor característico de

la forma del impulsor. Este término se define como la velocidad de un impulsor,

geométricamente similar en todos los aspectos a aquel que para una altura total

sH de 1 m da un caudal sQ de 1 m3/s.

La velocidad específica se refiere a los datos de funcionamiento en el punto de

máximo rendimiento de un impulsor a diámetro máximo. En las bombas de varias

etapas se refiere exclusivamente a los datos de funcionamiento de la primera

etapa.

La expresión matemática para la velocidad específica es:

43

3

)(

)/(.)..(

×=

mZ

H

smQmprNn

T

b

s

Donde:

N = Revoluciones de equipo de bombeo



bQ = Caudal de bombeo

TH = Altura Dinámica Total

Z = Número de rodetes en serie en una bomba multietápica.

4.3.2 POTENCIA

4.3.2.1 Potencia Hidráulica ( uP )

La potencia hidráulica dada por la bomba es la potencia útil trasmitida

por la bomba al líquido bombeado.

La unidad de potencia en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el

vatio (W). En la práctica es habitual considerar la potencia en Kw. Esto

se expresa con la siguiente ecuación:

367

HQPu

××=ρ

en Kw

Donde:

Q = Caudal de bombeado (lt/s)

H = Altura Dinámica Total (m)

ρ = Densidad del fluido (Kg/dm3)

4.3.2.2 Potencia Absorbida (P)

Es la potencia absorbida por la bomba en el eje o el acoplamiento. Esta

potencia es la que requiere la bomba para su normal funcionamiento. Es

mayor que la potencia dada por la bomba uP , siendo la diferencia entre

ambas las pérdidas en la bomba.

Si el rendimiento bη de la bomba, que representa las pérdidas en la

misma, es conocido, la potencia absorbida por la bomba puede expresarse

por la siguiente ecuación:

bb

u HQPP

ηρ

η ×××

==367 en Kw

Donde:

H = Altura dinámica total (m)

Q = Caudal de bombeo (l/s)



nb= Eficiencia de la bomba (%)

4.3.2.3 Potencia Instalada (Pi)

Es la potencia requerida por el conjunto motor – bomba cuando estos son

acoplados. La expresión que determina la potencia instalada es la

siguiente:

c

i

HQP

ηρ

×

××=

367 en Kw

Donde:

cn = Eficiencia del conjunto motor – bomba (%)

mbc nnn ×=

La eficiencia de la bomba obtenida por la transformación de la energía

mecánica de rotación en energía potencial del fluido y la eficiencia del

motor obtenida de la transformación de la energía eléctrica en energía

mecánica de rotación componen la eficiencia del sistema de conjunto que

describe el grado de aprovechamiento energético que tiene un sistema al

suministrarle una energía determinada, y como este llega a convertirla en

energía útil ganada por el fluido.



5. PROCESO DE REHABILITACION DEL POZO PROFUNDO P-747

5.1 INFORMACIÓN DEL POZO P- 747 ANTES DE LA REHABILITACIÓN

5.1.1 Información Inicial

Año de Perforación : 1997

Método de perforación : Rotación, con circulación directa del fluido

Profundidad : 100 m

Niveles y Producción en el Año 1999

Nivel estático : 51.90 m

Nivel Dinámico : 91.80 m

Abatimiento : 39.90 m

Caudal : 13 l/s

Rendimiento específico : 0.33 l/s/m

Diseño Técnico del Pozo 00.00 - 59.94 m Entubado ciego Ф15”x 6.3mm de espesor.

59.94 - 73.36 Filtros tipo Puente Trapezoidal acero inoxidable Ф15” x 4mm.

73.36 - 78.16 Entubado ciego Ф15”x 6.3mm de espesor.

78.16 - 92.80 Filtros tipo Puente Trapezoidal acero inoxidable Ф15”x 4 mm.

92.80 -100.00 Entubado ciego Ф15”x 6.3mm de espesor.

Perfil Litológico

00.00 - 40.00 m Sin información.

40.00 - 49.00 Canto rodado, gravas, guijarros con arena gruesa a fino.

49.00 - 54.00 Cantos rodados, gravas guijarros, arena, lentes arcillosas.

54.00 - 56.00 Matriz arcillosa, cantos rodados, gravas, guijarros, arenas.

56.00 - 75.00 Cantos rodados, gravas guijarros, arena, lentes arcillosas.

75.00 - 85.00 Matriz arcillosa limosa, cantos rodados, gravas, arenas.

85.00 - 96.00 Matriz arcillosa limosa, con rocas angulosas, arenas.

96.00 - 109.00 Basamento rocoso.

Las Características del diseño y perfil litológico del pozo se encuentran

representadas en la FIGURA Nº 5 de la sección FIGURAS.



5.1.2 Evolución de la capacidad de producción antes de la rehabilitación

En el CUADRO Nº 1 se presenta la evolución de la producción del pozo y de su

funcionamiento hidráulico, para los períodos más representativos entre los años

1999 y 2004.

De acuerdo a la predominancia de arcilla, especialmente por debajo de los 50 m

de profundidad y a la presencia del basamento rocoso a los 96 m, la producción

del pozo alcanzó a solo 13 l/s con un significativo abatimiento (39.90 m) y escaso

rendimiento específico (0.33 l/s/m).

En el año 1999 cuando el nivel de la napa se ubicaba a los 51.90 m, su nivel

dinámico para 13 l/s llegó a los 91.80 m de profundidad, dejando inactivos 27 m

de filtros de los 28 m que tiene el pozo. A partir del año 2000 el nivel de la napa

se encuentra entre los 40 y 41 m de profundidad, con lo cual se ha mejorado su

funcionamiento hidráulico, con 14.6 m de filtros activos, disminuyendo el

abatimiento casi 10 m y mejorando su rendimiento específico de 0.33 l/s/m a 0.44

l/s/m, esto debido a la recuperación del nivel de la napa en 10.50 m.

Dicha recuperación del nivel de la napa se debió a la disminución de la explotación

que se ha producido regionalmente en los valles del Rímac y Chillón, como

consecuencia de las medidas que implementó SEDAPAL para afrontar el estado

de sobreexplotación en que se encontraban los acuíferos Rímac y Chillón,

señalándose entre ellas, la reducción de pérdidas por fugas en los domicilios a

través de la micro medición, uso conjunto con las aguas superficiales provenientes

de la Planta la Atarjea, la incorporación de 3 m3/s de agua proveniente del

Proyecto Marca III, así como por el programa de recarga artificial inducida en el

lecho del río Rímac.

CUADRO Nº 1

Evolución de la Capacidad de Producción del Pozo P-747

FECHA

MEDIDAS

Q

l/s

NE

m

ND

m

ABAT

m

R E

l/s/m

24/03/1999 13 -51.90 -91.8 39.90 0.33

20/10/2000 12 -40.30 -72.8 32.50 0.37

13/04/2004 13 -40.95 -70.5 29.55 0.44

Q = Caudal NE= Nivel Estático ND= Nivel Dinámico ABAT: Abatimiento RE:

Rend. Específico



5.2 TRABAJOS REALIZADOS EN LA RECUPERACIÓN DEL POZO

Los trabajos que se han ejecutado para la rehabilitación del pozo, según

especificaciones técnicas previamente establecidas son:

• Transporte, instalación y retiro de la maquinaria, equipos y herramientas para la

rehabilitación, prueba de aforo, limpieza y desinfección.

• Recuperación de fondo del pozo.

• Cepillado de tubería y filtros del pozo y limpieza.

• Suministro, inyección, recirculación y evacuación de productos químicos

desincrustantes.

• Desarrollo del pozo por capas, por pistoneo, y sobre bombeo.

• Aforo o Prueba de rendimiento.

• Desinfección del pozo.

• Limpieza y eliminación de desmonte.

A continuación se describe los trabajos realizados

5.2.1 Recuperación del Fondo del pozo

Antes de iniciar la recuperación del pozo, se verificó que la profundidad del pozo

se encontraba a 97m, habiéndose verificado un arenamiento de 3.00 mts., el cual

fue retirado mediante cuchareo sucesivo, previa remoción del fondo con broca de

perforación.

5.2.2 Cepillado de Tubería, Filtros y Limpieza

Mediante cepillo de acero fue cepillado tubería y filtros, durante 8 horas continuas,

de acuerdo lo indicado en las especificaciones técnicas, con mayor incidencia en

la columna de filtros.

El cepillado continuó posteriormente con cepillo de nylon y después de haberse

aplicado el producto químico desincrustante, como se explica más adelante.

5.2.3 Suministro, Inyección, Recirculación y evacuación del Producto Químico

Desincrustante

Se utilizó 60 Kg. del producto ADVANT ACW3, aplicándose inicialmente el

80% (48kg), mediante el dispositivo instalado inicialmente, constituido por un

recipiente de 1000 litros, una tubería de fierro galvanizado de ¾” y una bomba

dosificadora.



La mezcla del producto se hizo en el recipiente utilizando una proporción de 10

litros de agua por 1 kg. del polímero Advant ACW3, e inyectándose a lo largo de

la columna de filtros a través de la tubería ¾ y mediante la bomba de inyección.

El producto fue agitado en el interior del pozo mediante el sistema de pistoneo,

dejándose en reposo durante 12 horas.

Al cabo de las 12 horas de reposo del polímero ADVANT ACW3, se inyectó el

20% restante del polímero (12 kg.) , haciendo llegar hasta la columna de filtros,

agitando con pistón y realizando el segundo cepillado con cepillo de nylon,

durante 1h.

5.2.4 Desarrollo

El pozo fue desarrollado por el método de pistoneo, durante 72 horas, habiéndose

constatado arenamientos de 2.50m a 1.5m en 10 a 12 horas de pistoneo cada vez

.En las últimas 12 horas de pistoneo se ha producido 1.5m de arenamiento,

equivalente a 0.12 m/hora o 0.06m cada 30 minutos, muy por debajo del límite

máximo de 0.20m por cada 30 minutos, según especificaciones técnicas.

La evacuación de los sólidos provenientes del cepillado y desarrollo del pozo se

realizó mediante procesos de cuchareo y posteriormente los sedimentos finos

mediante bombeo.

5.2.5 Aforo o Prueba de Rendimiento

Para la prueba de rendimiento se ha utilizado una electrobomba sumergible marca

GRUNFOS, con capacidad hasta de 30 l/s, habiéndose instalado la canastilla de

la bomba a los 90m de profundidad.

Las 72 horas asignados para el aforo se distribuye de la siguiente manera:

Bombeo de desarrollo : 24 horas

Aforo para curva de rendimiento : 46 horas

Evaluación del pozo : 02 horas

5.2.5.1 Desarrollo por Bombeo

Este proceso ha consistido en someter el pozo a diferentes regímenes de

bombeo durante las primeras 24 horas, con caudales de 6, 10,15 y 18 l/s,

cambiándose el régimen después de obtenerse agua limpia, libre de

sedimentos finos.



En cada cambio de régimen se ha observado agua turbia, predominando

residuos de bentonita, el que ha quedado desde la construcción del pozo

en 1997, que fue por el método de rotación. Al final de cada régimen se

ha obtenido agua limpia, libre totalmente de sedimentos finos.

5.2.5.2 Aforo o Prueba de Rendimiento

En la prueba de rendimiento, el pozo fue sometido a 4 regímenes de

bombeo, durante 46 horas, habiéndose registrado la siguiente

información sobre los caudales y niveles de agua.

Las medidas del nivel de agua en el pozo se ha tomado en un punto de

referencia localizado a 1.12 m sobre la superficie del suelo, por lo que

para referirse dichas medidas al nivel del suelo, con fines de

comparaciones con medidas realizadas en años anteriores, a los niveles

medidos se ha descontado 1.12m, según se puede observar en el

CUADRO Nº 2

CUADRO Nº 2

Resultados de la Prueba de Rendimiento con PR/S = 0.00

CAUDALES l/s

NIVEL DINAMICO (m)

TIEMPO (hora)

0.0 39.39 0

8.4 50.59 3

12 56.38 16

15 62.09 16

18 73.73 11

Cabe señalar que para realizar los trabajos de rehabilitación se ha soldado

provisionalmente un tubo de 15” desde la boca del pozo localizado a -

2.40m de profundidad hasta +1.12m sobre el nivel del suelo.

En el gráfico de la curva de rendimiento (FIGURA Nº 6), se puede

apreciar que el punto crítico, a partir del cual se presenta una

desproporción entre el abatimiento y caudal del pozo corresponde a los

15 l/s .Por lo tanto el caudal óptimo de producción se sitúa antes de los

15 l/s, señalándose como el más recomendable 12 l/s, en donde se puede

apreciar que la totalidad de filtros se encuentran activos.



En la FIGURA Nº 6 se presenta la Curva de Rendimiento obtenida para

el pozo.

En el CUADRO Nº 3 se indican los valores de la capacidad específica

del pozo, los cuales disminuyen en función del caudal y de los

correspondientes abatimientos, desde 0.75 l/s/m para 8.4 l/s, hasta 0.52

l/s/m para 18 l/s. Para el caudal de explotación recomendado corresponde

0.71 l/s/m

CUADRO Nº 3

Capacidad Específica del Pozo 747 Lotización Puente 7

CAUDALES NIVEL

DINAMICO

NIVEL

ESTATICO ABATIMIENTO C.E

l/s (m) (m) (m) (l/s/m)

8.4 50.59 39.39 11.2 0.75

12 56.38 39.39 16.99 0.71

15 62.09 39.39 22.7 0.66

18 73.73 39.39 34.34 0.52

5.2.5.3 Evaluación de los Resultados de la Rehabilitación

En el CUADRO Nº 4 y FIGURA Nº 7, encontraremos la información de

caudales y niveles registrados años anteriores, en comparación con las

medidas realizadas después de la rehabilitación, observándose el

mejoramiento obtenido tanto en caudal y rendimiento especifico como

en una disminución de las pérdidas de carga, evidenciados por la

disminución de la profundidad del nivel dinámico. Así para el mismo

caudal de 12 l/s medidos en el 2000 y 2007 se observa que en el 2007

después de la rehabilitación, el nivel dinámico ha disminuido en 16 m.

Asimismo se observa que el rendimiento específico ha mejorado de 0.37

l/s/m a 0.71 l/s/m



CUADRO Nº 4

Evolución de la Capacidad de Producción del Pozo P-747

CURVA FECHA

MEDIDAS

Q

l/s

NE

m

ND

m

ABAT

m

R E

l/s/m

A 24/03/1999 13 -51.90 -91.8 39.90 0.33

B 20/10/2000 12 -40.30 -72.8 32.50 0.37

C 13/04/2004 13 -40.95 -70.5 29.55 0.44

D 27/06/2007 12 -39.39 - 56.38 16.99 0.71

5.3 ANÁLISIS DE AGUA

Durante la prueba de aforo del pozo se ha extraído dos muestras de agua y fueron

remitidas para su análisis físico, químico y bacteriológico, cuyos resultados se adjuntan

en la sección ANEXOS.

Los resultados del análisis físico químico muestran que el agua cumple con los límites

máximos permisibles de Potabilidad y en particular con lo exigido por la SUNASS.

Desde el punto de vista bacteriológico, para el agua es necesaria una pequeña dosis de

cloro para alcanzar los límites permisibles, lo cual se logrará con el equipo de cloración

que necesariamente se instalará en el cuarto de operación del pozo.

5.4 CAUDAL SELECCIONADO Y TUBERIA DE ABASTECIMIENTO

Según el análisis realizado y trabajos preliminares al equipamiento del acuífero, se

determinó que el caudal óptimo de funcionamiento por parte del pozo y que garantiza

una mayor vida útil es de 12 lt/s.

Como se trata de la rehabilitación de un acuífero ya existente y que anteriormente tuvo

el mismo fin de abastecimiento de agua a la comuna cercana, es que se determinó utilizar

la tubería ya instalada a la salida de la cámara del cuarto de operación y ramal de

descarga. Dicha tubería se encontró en buenas condiciones y preparada para volver a ser

usada como línea de impulsión.

Esta tubería es de material de PVC y a través de su recorrido toma diferentes diámetros

los cuales se detallan a continuación en el CUADRO Nº 5:



CUADRO Nº 5

Recorrido y Longitudes de Tubería Existente Instalada

TRAMO DIAMETRO

(mm) MATERIAL

LONGITUD

(m)

SALIDA DE POZO – AV. VARGAS

MACHUCA 250 PVC 20.00

AV. VARGAS MACHUCA (HASTA

LA AV. 7 DE JUNIO) 150 PVC 222.80

AV. 7 DE JUNIO (DESDE LA AV.

VARGAS MACHUCA HASTA LA

AV. BOLOGNESI)

150 PVC 210.50

AV. BOLOGNESI (DESDE LA AV. 7

DE JUNIO HASTA LA AV.

MANUEL DE LA TORRE UGARTE)

250 PVC 355.00

AV. MANUEL DE LA TORRE

UGARTE Y AV. LOS

RUISEÑORES.

110 PVC 700.50

El mapa de recorrido total de la tubería de PVC podemos ubicarlo en la sección

ANEXOS.



6. MEMORIA DE CALCULOS

6.1 CALCULO DE A.D.T. (Altura Dinámica Total) DEL SISTEMA

6.1.1 CALCULO DE PERDIDAS DE CARGA EN LA TUBERIA

El sistema cuenta con una instalación de tubería que anteriormente ha funcionado

para el abastecimiento de agua, pero que por problemas acuíferos en el pozo se

dejo de realizar la explotación de esta fuente de agua subterránea y que

actualmente se busca rehabilitar la misma haciendo uso de la tubería existente en

la línea de impulsión a la salida de la cámara donde se ubican los equipos de

control y que conducirán el agua hasta la Av. Manuel de la torre Ugarte donde se

conectaran con la tubería instalada que transportará el agua directamente al

reservorio del condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita”.

Para realizar el cálculo de A.D.T. (Altura Dinámica Total), que será dependiente

del caudal actual a suministrar, usaremos el valor de 12 lt/s (0.012 m3/s) que fue

seleccionado en el capítulo correspondiente a la Rehabilitación del Pozo como el

Caudal Optimo del acuífero para el suministro de agua al reservorio del

condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita”.

Las descripción de las tuberías instalada como línea de impulsión que van desde

la salida de la válvula check del equipo de bombeo hasta la entrada al reservorio

del condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita” se encuentran descritas en el

CUADRO Nº 6 con sus respectivas longitudes, diámetros, material y recorrido,

para poder realizar los cálculos hidráulicos respectivos.

Para el cálculo de la Altura Dinámica Total del sistema realizaremos el cálculo de

la pérdida de carga por fricción y la pérdida de carga locales, haciendo uso de los

teoremas hidráulicos más apropiados para instalaciones de tuberías.



CUADRO Nº 6

Resumen de características y recorrido de línea de impulsión de sistema de abastecimiento

6.1.1.1 Cálculo de Pérdidas de Carga por fricción y Velocidad Media

La pérdida de carga por fricción la calcularemos para cada tramo de

tubería haciendo uso de la fórmula de HAZEN – WILLIAMS, descrita

en el CAPITULO 4 relativo al Fundamento Teórico y que depende del

tipo de tubería a utilizar.

Para hallar la velocidad media del flujo en cada tramo de tubería haremos

uso de la ecuación de continuidad, y la metodología de cálculo se

presenta a continuación para cada tramo descrito:

TRAMO 1: SALIDA DE ELECTROBOMBA HASTA CODO DE DESCARGA

Datos

Caudal de bombeo : 0.012 m3/s

Longitud del tramo (L) : 74 mts

Coeficiente de rugosidad C para tubería ACERO SCH 40 : 120

Diámetro interno de tubería ACERO SCH 40, DN 4” (100 mm.) : 0.102 m

Haciendo uso de la expresión de HAZEN WILLIAMS:

TRAMO RECORRIDO MATERIAL DIAMETRO

(mm) LONGITUD

(m)

TRAMO 1 SALIDA DE EQUIPO DE BOMBEO HASTA CODO DE DESCARGA

ACERO SCH. 40

100 73.00

TRAMO 2 CODO DE DESCARGA DEL POZO HASTA SALIDA DE LA CAMARA DE EQUIPOS DE CONTROL

ACERO SCH. 40

100 5.00

TRAMO 3 POZO – AV. VARGAS MACHUCA PVC 250 20.00

TRAMO 4 AV. VARGAS MACHUCA (HASTA LA AV. 7 DE JUNIO)

PVC 150 222.80

TRAMO 5 AV. 7 DE JUNIO (DESDE LA AV. VARGAS MACHUCA HASTA LA AV. BOLOGNESI)

PVC 150 210.50

TRAMO 6 AV. BOLOGNESI (DESDE LA AV. 7 DE JUNIO HASTA LA AV. MANUEL DE LA TORRE UGARTE)

PVC 250 355.00

TRAMO 7 AV. MANUEL DE LA TORRE UGARTE Y AV. LOS RUISEÑORES.

PVC 110 700.50



m

m

s

m

H f74

102.01202785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(1×

××=

.089.21

mH f=

Realizamos también el cálculo de la velocidad media mediante la fórmula de continuidad:

2

3

1 )102.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 47.11 =

Se realiza la misma metodología para los tramos restantes.

TRAMO 2: CODO DE DESCARGA HASTA SALIDA DE CAMARA DE CONTROL

Datos



Coeficiente de rugosidad C para tubería ACERO SCH 40 : 120

Diámetro interno de tubería ACERO SCH 40, DN 4” (100 mm.) : 0.102 m

m

m

s

m

H f6

102.01202785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(2×

××=

.169.02

mH f=

2

3

2 )102.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 47.12 =



TRAMO 3: SALIDA DE CAMARA DE CONTROL – Av. VARGAS MACHUCA

Datos



Coeficiente de rugosidad C para tubería de PVC : 135

Diámetro interno de tubería PVC 250 mm (10”) Clase10 : 0.247 m

m

m

s

m

H f20

247.01352785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(3×

××=

.006.03

mH f=

2

3

3 )247.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 25.03 =

TRAMO 4: Av. VARGAS MACHUCA (hasta Av. 7 DE JUNIO)

Datos


Longitud del tramo (L) : 222.80 mts

Coeficiente de rugosidad C para tubería antigua de PVC : 135

Diámetro interno de tubería PVC 150 mm (6”), Clase 10 : 0.152 m

m

m

s

m

H f80.222

152.01352785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(4×

××=

.726.04

mH f=



2

3

4 )152.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 66.04 =

TRAMO 5: Av. 7 DE JUNIO (Desde Av. V. MACHUCA hasta Av. BOLOGNESI)

Datos




Diámetro interno de tubería PVC 150 mm (6”) Clase 10 : 0.152 m

m

m

s

m

H f50.210

152.01352785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(5×

××=

.686.05

mH f=

2

3

5 )152.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 66.05 =

TRAMO 6: Av. BOLOGNESI (Desde la Av. 7 DE JUNIO hasta la Av. MANUEL DE

LA TORRE UGARTE

Datos







m

m

s

m

H f355

247.01352785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(6×

××=

.109.06

mH f=

2

3

6 )247.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 25.06 =

TRAMO 7: Av. MANUEL DE LA TORRE UGARTE y Av. LOS RUISEÑORES

Datos



Coeficiente de rugosidad C para tubería nueva de PVC : 135


m

m

s

m

H f50.700

103.01352785.0

012.0

85.1

63.2

3

)(7×

××=

.024.157

mH f=

2

3

7 )103.0(

012.04

m

s

m

V×

××=π

s

mV 43.17 =



La Pérdida de Carga Total por fricción será la siguiente:

fH

fH

fH

fH

fH

fH

fH

fT

H7654321

++++++=

.810.18 mf

T

H =

6.1.1.2 Cálculo de Pérdidas de Carga Local

La expresión que usaremos para determinar las pérdidas locales en cada

tramo de la línea de impulsión será el teorema de Borde-Belanger,

teniendo en cuenta los accesorios y los cambios de dirección de los

tramos de tubería.

El resumen de los accesorios instalados a lo largo de la tubería se

describen a continuación para cada tramo con sus respectivos valores de

coeficientes de pérdidas locales K obtenidos de manuales especializados

en hidráulica y de catálogos de los fabricantes de tuberías de PVC y

Acero Sch. 40.

TRAMO 1

Accesorios Cantidad K Total

Válvula Check 1 2.5 2.5

Codo de 90º 1 0.9 0.9

Sumatoria de Coeficientes (k) 3.4

La velocidad calculada en este tramo de tubería correspondía a 1.47 m/s con lo cual la

pérdida local será la siguiente:

)81.9(2

)47.1(4.3

2

2

1

s

ms

m

lH

××=

ml

H 374.01

=



TRAMO 2


Codo 45º 2 0.35 0.7

Codo de 90º 1 0.9 1.8

Válvula de Aire 1 2.5 2.5

Tee 2 0.7 1.4

Válvula Check 1 2.5 2.5

Válvula Mariposa 1 5.0 5.0

Cambio de sección (4” – 10”) 1 0.42 0.42

Sumatoria de Coeficientes 14.32



)81.9(2

)47.1(32.14

2

2

2

s

ms

m

lH

××=

ml

H 574.12

=

TRAMO 3


Cambio de Sección (250 – 150 mm) 1 0.29 0.29

Codo 90º 1 0.12 0.12


La velocidad calculada en este tramo de tubería correspondía a 0.25 m/s con lo cuál la


)81.9(2

)25.0(41.0

2

2

3

s

ms

m

lH

××=

ml

H 001.03

=



TRAMO 4


Codo 90º 1 0.15 0.15




)81.9(2

)66.0(15.0

2

2

4

s

ms

m

lH

××=

ml

H 003.04

=

TRAMO 5


Cambio de Sección (150 – 250 mm.) 1 0.25 0.25

Codo 90º 1 0..12 0.12




)81.9(2

)66.0(37.0

2

2

5

s

ms

m

lH

××=

ml

H 008.05

=

TRAMO 6


Cambio de Sección (250 – 110 mm.) 1 0.35 0.35

Codo 90º 1 0.22 0.22






)81.9(2

)25.0(57.0

2

2

6

s

ms

m

lH

××=

ml

H 002.06

=

TRAMO 7


Codo 90º 1 0.22 0.22

Válvula Compuerta 1 0.20 0.20


La velocidad calculada en este tramo de tubería correspondía a 1.43 m/s con lo cuál la


)81.9(2

)43.1(42.0

2

2

7

s

ms

m

lH

××=

ml

H 044.07

=

Por lo tanto la Pérdida de Carga por accesorios la calculamos a continuación:

lH

lH

lH

lH

lH

lH

lH

l T

H7654321

++++++=

.007.2 mlT

H =

El equipo de Aguas Subterráneas de la Compañía SEDAPAL quienes administraran el pozo

una vez que este haya sido rehabilitado y equipado, consideró que la presión en la

conexión de ingreso de agua del condominio sea de 15 m.

Está presión de conexión ( .conexP ) se incluirá en el cálculo de A.D.T. del sistema.

Una vez realizado todos los cálculos del sistema, el A.D.T. podemos calcularlo mediante la

siguiente relación:



.. ..)(... conexdesccodopozosalreserv Pl

Hf

HDNDCCTDAT

T

+++++−= −−

Donde:

.reservC = Cota del Reservorio

pozosalC − = Cota de la salida del pozo

desccodoD − = Desnivel del Codo de Descarga

..DN = Nivel Dinámico

fH

T

= Pérdida de carga total por fricción

lH

T

= Pérdida de carga local total por accesorios

.conexP = Presión de conexión al condominio

Reemplazando cada variable:

0.15007.281.185.5750.280.11... +++++=TDA

mmTDA 00.108.62.107... ≈=

Habiendo calculado el valor de la Altura Dinámica Total (A.D.T.) necesaria para el sistema,

podemos ahora proseguir a realizar la selección del equipo de bombeo que cumpla con las

condiciones requeridas.

6.2 CALCULO DE SISTEMA DE BOMBEO

En primer lugar procederemos a realizar los cálculos de pérdida y velocidades en los

tramos de tubería que conforman el sistema de impulsión, para luego con los A.D.T.

hallados en cada valor de caudal característico, podamos elaborar la curva característica

del sistema que la relacionaremos con la curva de operación del equipo de bombeo

seleccionado. Esta curva de operación del equipo es suministrada por el fabricante.

El punto de intercepción de estas dos curvas es el llamado Punto de Operación Optimo

y será aquel punto donde el equipo trabajará y en el cuál se determinara los valores de

operación de caudal y A.D.T. reales.

6.2.1 Determinación de la Curva Característica del Sistema

La Curva Característica del Sistema, también conocida como Curva de Altura de

la Instalación o de la tubería, representa la altura total requerida de un sistema en

función del caudal.



Para cada valor de un determinado caudal hallaremos un determinado valor de

A.D.T. que se verificará en el sistema. Todos los pares obtenidos formaran parte

de la curva del sistema con los que luego se procederá a elaborar la gráfica

respectiva.

Para el presente trabajo tomando como referencia el caudal de diseño de 12 lt/s

como valor promedio para elaborar la Curva Característica del Sistema, el

intervalo que tomaremos respecto al caudal será iniciado en Cero (0 lt/s) y

aumentando en 2 lt/s para cada punto hasta un máximo de 18 lt/s.

Para cada valor de caudal le corresponderá un determinado valor de A.D.T. que

se calculará con las pérdidas de carga tanto por fricción como pérdidas locales por

accesorios haciendo uso de la fórmula de HAZEN – WILLIAMS y el teorema de

Borde - Belanger respectivamente.

La metodología para hallar el A.D.T. en cada punto será la misma que se

desarrolló en el apartado 6.1.1.1 y 6.1.1.2 correspondientes al desarrollo de

pérdida de carga por fricción en la tubería, pérdida de cargas locales y variables

involucradas en el cálculo de A.D.T. del sistema.

6.2.1.1 Memoria de cálculo de pérdida por fricción y local

1er. Punto

Caudal = 0 l/s

• Perdida por fricción

∑=1

71

Tramo

Tramof

Hf

HTramoX

mf

H 000.01

=

• Pérdidas Locales

∑=1

71

Tramo

Tramol

Hl

HTramoX

ml

H 000.01

=



Para hallar el valor del A.D.T. ( TH ) del 1er punto para la elaboración de

la Curva Característica del Sistema reemplazaremos los valores obtenidos

en la fórmula correspondiente:

.. ..)(... conexdesccodopozosalreserv Pl

Hf

HDNDCCTDAT

T

+++++−= −−

Con referencia al Nivel Dinámico (N.D.) para este caudal, contamos con

la curva de aforo del pozo con el cual podemos determinar este valor.

� N.D.1 = 39.39 m.

Reemplazando los valores correspondientes:

mTDA 690.68... 1 =

De similar modo realizamos los cálculos para los siguientes 9 puntos con

los que formaremos la Curva Característica del Sistema.

2do. Punto

Caudal = 2 l/s

• Perdida por fricción mf

H 684.02

=

• Pérdidas Locales ml

H 056.02

=

� N.D.1 = 43.50 m.

Cálculo de A.D.T.: mTDA 539.73... 2 =

3er. Punto

Caudal = 4 l/s


H 464.23

=


H 222.01

=

� N.D.3 = 46.00 m.




4to. Punto

Caudal = 6 l/s


H 218.54

=


H 501.04

=

� N.D.4 = 49.00 m.


5to. Punto

Caudal = 8 l/s


H 884.85

=


H 890.05

=

� N.D.5 = 50.60 m.


6 to. Punto

Caudal = 10 l/s


H 425.136

=


H 391.16

=

� N.D.6 = 54.5 m.




7mo. Punto

Caudal = 12 l/s


H 810.187

=


H 007.27

=

� N.D.7 = 57.50 m.


8vo. Punto

Caudal = 14 l/s


H 018.258

=


H 725.28

=

� N.D.8 = 61.00 m.


9no. Punto

Caudal = 16 l/s


H 028.329

=


H 560.39

=

� N.D.6 = 66.00 m.


10mo. Punto

Caudal = 18 l/s




H 826.3910

=


H 505.410

=

� N.D.10 = 73.73 m.


El cuadro resumen con los resultados obtenidos en cada punto de la Curva del Sistema y la

obtención de la respectiva gráfica se anexa en la TABLA Nº 1 y en la CURVA Nº 1 del

Capítulo 7: RESULTADOS FINALES.

6.2.2 Selección, característica y Curva de Operación de Electrobomba Sumergible

La longitud del grupo de bombeo ha de ser tal que la boca del primer rodete quede

suficientemente sumergida. Para ello la longitud permitirá cubrir hasta el nivel

estático del agua, más el máximo desnivel – desnivel dinámico máximo- y más

tres o cuatro metros.

El diámetro máximo del grupo de bombeo se procurara que sea, como mínimo,

cinco centímetros menor que el del pozo. Aunque hay que verificar que el pozo

este perfectamente ejecutado.

La velocidad de accionamiento, por cuestiones hidráulicas, interesa que sea de

3500 r.p.m., pero la posible existencia de arrastres de arena y finos y la abrasión

y desgaste que esto supondría en la bomba aconsejan trabajar a 1750 r.p.m.,

aunque la relación de precios sea de 1 a 3. Esta orientación se puede matizar en

función del tamaño de la Bomba y, aproximadamente, para caudales superiores a

100 lt/s tomaremos accionamiento a 1750 r.p.m. Para caudales menores a 20 lt/s

y alturas manométricas superiores a 50 m.c.d.a. se tomaran accionamiento a 3500

r.p.m. con un número de rodetes inferior a 15.

Para la implementación del pozo profundo en estudio P-747 y que será la fuente

de abastecimiento de agua para el reservorio del condominio “Los Ruiseñores de

Santa Anita”, se seleccionó una electrobomba tubular multietápica sumergible

(bomba y motor totalmente sumergible), la cual es la más adecuada a suministrarse

pues se trata de un pozo de gran profundidad (mayor a 50 mts), también porque es

un equipo de fácil instalación y se evita el ruido proveniente del motor en

funcionamiento ya que se encuentra totalmente inmerso a diferencia de una

electrobomba con motor no sumergido.



Las características de la electrobomba (bomba + motor) seleccionada se describen

a continuación:

BOMBA MARCA = AMERICAN MARSH

MODELO = 6HC-6

TIPO = SUMERGIBLE MULTIETAPICA

NUMERO DE ETAPAS = 6 Etapas

DIAMETRO EXTERIOR MAX. = 6 pulg.

TIPO IMPULSOR = CERRADO

DIAMETRO DEL IMPULSOR = 4.5625 pulg.

VALVULA CHECK = TIPO VERTICAL

MOTOR MARCA = PLEUGER FLOWSERVE

MODELO = M6-460-2

TIPO = SUMERGIBLE, REBOBINABLE.

POTENCIA NOMINAL = 22.6 Kw (30 HP)

NUMERO DE FASE = TRIFASICO

TENSION = 220 V

FRECUENCIA = 60 Hz

VELOCIDAD = 3490 RPM

NUMERO DE POLOS = 2

FACTOR DE SERVICIO = 1.15

TIPO DE ARRANQUE = ESTRELLA – TRIANGULO

GRADO DE PROTECCION = IP68

DIAMETRO EXTERIOR MAX. = 6 pulg.

El fabricante proporciona la curva de operación del equipo de bombeo el cuál ha

sido obtenido en un Banco de Pruebas preparado para realizar variaciones de

Presión y así obtener caudales determinados. La curva que une todos los puntos

de funcionamiento posibles de una bomba-acoplada a un motor determinado- se

llama curva característica de la bomba. Su aspecto, en las bombas centrífugas,

presenta una disminución de altura al aumentar el caudal. Su inclinación, sin

embargo, puede variar según como sea la geometría de la bomba, y

particularmente de su rodete.

Con estas pruebas el fabricante también determina datos importantes de

funcionamiento en cada punto de desarrollo como son: Potencia Absorbida,

NPSHr, Diámetro de Impulsor, Eficiencia, etc.



La gráfica de la curva característica de la bomba la encontraremos en la sección

ANEXOS. En el CUADRO Nº 9 se presentan algunos puntos dicha curva

característica del equipo.

CUADRO Nº 7

Desarrollo de Curva de Característica de la Bomba (Caudal vs. A.D.T.)

Caudal (lt./s.) 6 7.2 8 9.6 12 14.4 16.3

A.D.T. (m) 130 128 125 121 110 93.3 77

6.2.3 Relación entre la Curva del Sistema y la Curva de la Bomba

La Curva Característica de la bomba y la Curva Característica del Sistema las

graficamos en un mismo plano para seleccionar el Punto Óptimo de Operación.

Según la CURVA Nº 3 del CAPITULO 7: RESULTADO FINALES, donde se

presenta la Relación entre la Curva de la Bomba y la Curva del Sistema podemos

determinar el siguiente Punto Óptimo de Operación:

Caudal Óptimo = 12.2 Lt./s.

A.D.T. Óptimo = 108.5 m.

NPSHr = 2.73 m.

Potencia Absorbida = 17.5 Kw (23.45 HP)

Eficiencia de la Bomba = 73 %

En la sección ANEXOS se incluye la descripción más detallada del equipo de

bombeo en lo referente a su curva característica y despiece.

6.2.4 Cálculo del Coeficiente de la Velocidad Específica ( sn )

Este número adimensional ayuda a determinar la capacidad de todas las bombas

centrífugas, permite tener una referencia en cuanto al tipo de impulsor que dará

alto rendimiento. Como se trata de una bomba multietápica nos referiremos

exclusivamente a los datos de funcionamiento de la primera etapa, por lo tanto

usaremos la altura que desarrolla el primer impulsor.



Como hemos seleccionado una bomba de 6 etapas que desarrollarán en el punto

óptimo una A.D.T. de 108.5 m., la altura que entregará el primer impulsor será la

siguiente:

deEtapas

TDATDA imper #

...... ..1 =

Reemplazando los datos correspondientes:

.08.186

5.108... ..1 m

mTDA imper ==

Por lo tanto para obtener la Velocidad Específica reemplazamos los datos en la

fórmula correspondiente como sigue:

4

3

3

)08.18(

0122.03490

m

s

mrpm

sn

×=

rpms

n 96.43=

Este valor nos sugiere que la forma del impulsor pertenece al rango de Flujo Mixto

(el flujo es en parte radial y en parte axial). En la Sección ANEXOS se incluye

información sobre las diferentes formas de impulsores para determinadas

velocidades específicas.

6.2.5 Cálculo de Potencia del Equipo de Bombeo

6.2.5.1 Potencia Hidráulica (Pu)

Es la potencia útil transmitida por la bomba al líquido bombeado.

Hallamos dicha potencia con los siguientes datos informados:

Caudal de bombeo (Qb) : 12 lt/s (43.2 m3/h)

Altura Dinámica total (A.D.T.) : 108.00 mts.

Densidad del agua : 1.0 Kg/dm3

367

00.108)(2.43)(0.13

3m

h

m

dm

Kg

Pu

××=

KwPu 72.12=



6.2.5.2 Potencia Absorbida (P)

Es la potencia absorbida en el eje o acoplamiento. Hallamos dicha

potencia con los siguientes datos informados:



Eficiencia de la bomba (bη ) : 73 %


%73367

00.108)(2.43)(0.13

3

×

××=

mh

m

dm

Kg

Pu

KwPu 4.17=

6.2.5.3 Potencia Instalada (Pi )

Energía entregada al motor considerando la eficiencia del sistema en

conjunto bomba – motor (cη ). Hallamos dicha potencia con los

siguientes datos informados:



Eficiencia de la bomba (bη ) : 73 %

Eficiencia del motor ( mη ) : 85 %

Eficiencia conjunto motor - bomba ( cη ) : 62 %


%62367

00.108)(2.43)(0.13

3

×

××=

mh

m

dm

Kg

Pi

KwPi 55.20=

6.2.6 Cálculo de NPSHd del Sistema

El NPSH requerido (NPSHr) por la bomba es una característica de diseño y

construcción del equipo y equivale a la energía mínima que debe tener el fluido a



la entrada del primer impulsor de la bomba, con el fin de evitar que se baje la

presión de vapor del líquido, lo que traería como consecuencia la formación de

burbujas de vapor y la consiguiente cavitación.

El valor del NPSH disponible (NPSHd) del sistema debe ser mayor al menos en

0.5 m del valor del NPSHr de la bomba para evitar el fenómeno de cavitación.

Hallamos el NPSHd con los siguientes parámetros del sistema:

P = 0 m.

Pat = 10.03 m.

Pv = 0.174 m.

Hb = 74.00 m.

Hd = 57.50 m.

G.E. = 0.999 kg/dm3

p∆ = 0.237 m.

Reemplazando en la siguiente fórmula para determinar el NPSHd:

pHHEG

PPPNPSH db

vatd ∆−−+

−+±= )(

..

Obtenemos lo siguiente:

237.0)5.570.74(999.0

174.003.100−−+

−+=dNPSH

.13.26 mNPSH d =

El NPSHr de la bomba es de 2.73 m. por lo tanto podemos indicar que:

rd NPSHNPSH >

.73.2.13.26 mm > correcto!

Por la relación hallada podemos deducir que la instalación (sistema) tiene una

energía mayor que la necesaria de la bomba, por lo tanto la bomba no sufrirá del

problema de cavitación.



7. RESULTADOS FINALES

Los resultados obtenidos por la metodología de cálculos realizados se adjuntan en el

siguiente capítulo, al igual que los gráficos resultantes en referencia a la Relación de la Curva

del Sistema y la Curva Característica de la Bomba.

� TABLA Nº 1 : Resumen del Cálculo de Altura Dinámica Total del Sistema.

� TABLA Nº 2 : Cuadro resumen de memoria de cálculo de pérdidas de cargas por

fricción y locales para determinar la Curva del Sistema.

� TABLA Nº 3 : Valores de Caudal vs. A.D.T. para Elaboración de Curva del

Sistema.

� CURVA Nº 1 : Gráfica de la Curva Característica del Sistema.

� CURVA Nº 2 : Gráfica de la Curva Característica del Equipo de Bombeo.

� CURVA Nº 3 : Gráfica de Punto Óptimo de Operación (Relación entre Curva

Sistema – Equipo de Bombeo).



TABLA Nº 1

Perdidas de carga y Cálculo de Altura Dinámica Total

Ubicación: Urb. Los Ficus – Santa Anita

Sistema: Tubería de Impulsión desde pozo P-747 hasta Reservorio de Condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita”

Tramo Material Diam.

Comerc. (mm)

Diam. Interior (mm)

Caudal (lt/s)

LONGITUD (m)

Veloc. Media (m/s)

S C Hf

(Perd. Fricc.) Sumatoria K

Hl (Perd. Local)

Tramo 1 SCH 40 (4") 102 102 12 74 1.47 0.028231 120 2.089 3.4 0.374 Tramo 2 SCH 40 (4") 102 102 12 6 1.47 0.028231 120 0.169 14.32 1.574 Tramo 3 PVC 250 247 12 20 0.25 0.000307 135 0.006 0.41 0.001 Tramo 4 PVC 150 152 12 222.8 0.66 0.003260 135 0.726 0.15 0.003 Tramo 5 PVC 150 152 12 210.5 0.66 0.003260 135 0.686 0.37 0.008 Tramo 6 PVC 250 247 12 355 0.25 0.000307 135 0.109 0.57 0.002 Tramo 7 PVC 110 103.2 12 700.5 1.43 0.021448 135 15.024 0.42 0.044

TOTAL PERDIDA DE CARGA 18.810 2.007

Altura Dinámica Total (ADT)

Cota Reservorio – Cota Salida del Pozo 11.80 m.

Desnivel de codo de descarga 2.50 m.

Presión de conexión al condominio 15.00 m.

Nivel Dinámico (N.D.) 57.50 m.

Pérdida de carga total por fricción 18.81 m.

Pérdida de carga total locales 2.007 m.

Suma Total 107.62 m.



TABLA Nº 2

Resumen de pérdidas de carga por fricción y locales en la curva del sistema

Caudal (LPS) = 0

Tramo Tubería Ø Int.(mm) Q (lt/s) LONG. (m) V (m/s) S C Hf Σ (K) Hl

Tramo 1 SCH 40 (4") 102 0 74 0.00 0.000000 120 0.000 3.4 0.000

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 0 6 0.00 0.000000 120 0.000 14.32 0.000

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 0 20 0.00 0.000000 135 0.000 0.39 0.000

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 0 222.8 0.00 0.000000 135 0.000 0.14 0.000

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 0 210.5 0.00 0.000000 135 0.000 0.35 0.000

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 0 355 0.00 0.000000 135 0.000 0.46 0.000

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 0 700.5 0.00 0.000000 135 0.000 0.39 0.000

HfTOTAL = 0.000 HlTOTAL = 0.000

Caudal (LPS) = 2


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 2 74 0.24 0.001026 120 0.076 3.4 0.010

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 2 6 0.24 0.001026 120 0.006 14.32 0.044

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 2 20 0.04 0.000011 135 0.000 0.39 0.000

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 2 222.8 0.11 0.000118 135 0.026 0.14 0.000

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 2 210.5 0.11 0.000118 135 0.025 0.35 0.000

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 2 355 0.04 0.000011 135 0.004 0.46 0.000

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 2 700.5 0.24 0.000779 135 0.546 0.39 0.001


Caudal (LPS) = 4


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 4 74 0.49 0.003699 120 0.274 3.4 0.042

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 4 6 0.49 0.003699 120 0.022 14.32 0.175

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 4 20 0.08 0.000040 135 0.001 0.39 0.000

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 4 222.8 0.22 0.000427 135 0.095 0.14 0.000

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 4 210.5 0.22 0.000427 135 0.090 0.35 0.001

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 4 355 0.08 0.000040 135 0.014 0.46 0.000

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 4 700.5 0.48 0.002810 135 1.968 0.39 0.005


Caudal (LPS) = 6


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 6 74 0.73 0.007831 120 0.580 3.4 0.093

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 6 6 0.73 0.007831 120 0.047 14.32 0.394

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 6 20 0.13 0.000085 135 0.002 0.39 0.000

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 6 222.8 0.33 0.000904 135 0.201 0.14 0.001

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 6 210.5 0.33 0.000904 135 0.190 0.35 0.002

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 6 355 0.13 0.000085 135 0.030 0.46 0.000

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 6 700.5 0.72 0.005949 135 4.168 0.39 0.010


Caudal (LPS) = 8


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 8 74 0.98 0.013334 120 0.987 3.4 0.166

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 8 6 0.98 0.013334 120 0.080 14.32 0.700

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 8 20 0.17 0.000145 135 0.003 0.39 0.001

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 8 222.8 0.44 0.001540 135 0.343 0.14 0.001

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 8 210.5 0.44 0.001540 135 0.324 0.35 0.003

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 8 355 0.17 0.000145 135 0.051 0.46 0.001

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 8 700.5 0.96 0.010130 135 7.096 0.39 0.018




Caudal (LPS) = 10


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 10 74 1.22 0.020149 120 1.491 3.4 0.260

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 10 6 1.22 0.020149 120 0.121 14.32 1.093

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 10 20 0.21 0.000219 135 0.004 0.39 0.001

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 10 222.8 0.55 0.002326 135 0.518 0.14 0.002

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 10 210.5 0.55 0.002326 135 0.490 0.35 0.005

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 10 355 0.21 0.000219 135 0.078 0.46 0.001

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 10 700.5 1.20 0.015307 135 10.723 0.39 0.028


Caudal (LPS) = 12


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 12 74 1.47 0.028231 120 2.089 3.4 0.374

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 12 6 1.47 0.028231 120 0.169 14.32 1.574

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 12 20 0.25 0.000307 135 0.006 0.41 0.001

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 12 222.8 0.66 0.003260 135 0.726 0.15 0.003

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 12 210.5 0.66 0.003260 135 0.686 0.37 0.008

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 12 355 0.25 0.000307 135 0.109 0.57 0.002

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 12 700.5 1.43 0.021448 135 15.024 0.42 0.044

HfTOTAL = 18.810 HlTOTAL = 2.007 Caudal (LPS) = 14


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 14 74 1.71 0.037547 120 2.779 3.4 0.509

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 14 6 1.71 0.037547 120 0.225 14.32 2.142

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 14 20 0.29 0.000408 135 0.008 0.39 0.002

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 14 222.8 0.77 0.004335 135 0.966 0.14 0.004

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 14 210.5 0.77 0.004335 135 0.913 0.35 0.011

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 14 355 0.29 0.000408 135 0.145 0.46 0.002

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 14 700.5 1.67 0.028526 135 19.982 0.39 0.056


Caudal (LPS) = 16

Tramo Tubería Ø Int.(mm) Q (lt/s) LONG. (m) V (m/s) S C Hf Sumatoria

(K) Hl

Tramo 1 SCH 40 (4") 102 16 74 1.96 0.048069 120 3.557 3.4 0.664

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 16 6 1.96 0.048069 120 0.288 14.32 2.798

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 16 20 0.33 0.000523 135 0.010 0.39 0.002

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 16 222.8 0.88 0.005550 135 1.237 0.14 0.006

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 16 210.5 0.88 0.005550 135 1.168 0.35 0.014

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 16 355 0.33 0.000523 135 0.186 0.46 0.003

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 16 700.5 1.91 0.036519 135 25.582 0.39 0.073


Caudal (LPS) = 18


Tramo 1 SCH 40 (4") 102 18 74 2.20 0.059772 120 4.423 3.4 0.841

Tramo 2 SCH 40 (4") 102 18 6 2.20 0.059772 120 0.359 14.32 3.542

Tramo 3 PVC (250 mm) 247 18 20 0.38 0.000650 135 0.013 0.39 0.003

Tramo 4 PVC (150 mm) 152 18 222.8 0.99 0.006902 135 1.538 0.14 0.007

Tramo 5 PVC (150 mm) 152 18 210.5 0.99 0.006902 135 1.453 0.35 0.018

Tramo 6 PVC (250 mm) 247 18 355 0.38 0.000650 135 0.231 0.46 0.003

Tramo 7 PVC (110 mm) 103.2 18 700.5 2.15 0.045410 135 31.810 0.39 0.092




TABLA Nº 3

Valores de Caudal vs. A.D.T. para Elaboración de la Curva del Sistema

Datos Constantes

Cota Reservorio – Cota Salida del Pozo 11.80 m.

Desnivel de codo de descarga 2.50 m.

Presión de conexión al condominio 15.00 m.

Cuadro Resumen

PUNTO # Nivel Dinámico (m) Caudal (lt./s) A.D.T. (m)

1 39.39 0.00 68.69

2 43.50 2.00 73.54

3 46.00 4.00 77.99

4 49.00 6.00 84.02

5 50.60 8.00 89.67

6 54.50 10.00 98.62

7 57.50 12.00 107.62

8 61.00 14.00 118.04

9 66.00 16.00 130.89

10 73.73 18.00 147.36



CURVA Nº 1

Curva Característica del Sistema

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

150.00

160.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Caudal (lt/s)

A.D

.T.

(m)

Curva Característica del Sistema



CURVA Nº 2

Curva Característica de la Bomba

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

110.00

120.00

130.00

140.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Caudal (lt/s)

A.D

.T. (

m)

Curva Característica de la Bomba



CURVA Nº 3

Relación Curva Característica Sistema - Curva Característica bombaPUNTO OPTIMO DE OPERACIÓN

50.00

70.00

90.00

110.00

130.00

150.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Caudal (l/s)

A.D

.T.

(m)

Curva del SistemaCurva de la Bomba

Punto Optimo de

OperaciónQopt = 12.2 lt/s

A.D.T. = 108.5 m.



8. DISCUSION DE RESULTADOS

8.1 EN LA REHABILITACIÓN DEL POZO

Los resultados en cuanto a la metodología empleada para la rehabilitación del pozo

fueron favorables, pues realizando el comparativo de las mediciones tanto de caudal,

rendimiento y niveles registrados desde sus inicios de operación en el año 1999 hasta el

año 2004 se observa una notable mejoría después de realizada la rehabilitación. Este

mejoramiento se ve reflejado en la disminución de profundidad del nivel dinámico.

La curva de rendimiento del pozo nos indica que el caudal de explotación recomendado

se encuentra alrededor de los 12 lt/s, caudal con el que también se encuentran activos

todos los filtros del pozo.

La calidad del agua abastecida por el pozo cumple con los límites máximos permisibles

de potabilidad exigidos por la SUNASS, pero será necesario suministrarle una dosis de

cloro, la cual se realizará con un sistema de cloración.

8.2 EN LA TUBERIA DE IMPULSION

Se instalará en lo referente a la columna de descarga desde la salida del equipo de

bombeo hasta la cámara del cuarto de operación, tubería de Acero Schedule 40 de 4”

por ser el material más económico y comercial que puede soportar el peso del equipo

que se ubicará a una profundidad de 74 metros dentro del pozo.

A la salida de la cámara de operación, la conducción se realizará con tubería de PVC

que toma diferentes diámetros en su recorrido hasta el reservorio ubicado en el

condominio “Los Ruiseñores de Santa Anita”, y los cálculos en cuanto a la velocidad

media del flujo indican que en 2 tramos se encuentra por debajo de los 0.6 m/s, lo que

ocasionará problemas de sedimentación de partículas por lo cual los tiempos de

mantenimiento en la tubería se acortarán y por lo tanto estos costos se incrementarán.

8.3 EN LA SELECCIÓN DEL EQUIPO DE BOMBEO

Se optó por una electro-bomba sumergible por ser de fácil instalación y tener bajo costo

de mantenimiento en comparación con una bomba sumergida de eje vertical con motor

externo. Además que por encontrarse la instalación en una zona urbana los ruidos

ocasionados por un motor externo puede incomodar a las viviendas cercanas, mientras



que este tipo de bombas totalmente sumergidas son imperceptibles de ruido fuera de la

cámara de operación durante su tiempo de trabajo.

Lo recomendable en la instalación de una bomba sumergible es que se ubique por

debajo de los 5 metros del Nivel Dinámico para evitar que en algún momento el equipo

trabaje en seco ante algún intempestivo descenso de este nivel. Pero se ha optado ubicar

el equipo a los 74 metros de profundidad (17 m. aproximadamente por debajo del Nivel

Dinámico) ya que las características del pozo indican que esta zona se encuentra entre

dos filtros (zona ciega), lo que asegura que el equipo en su funcionamiento no arrastre

arenas que es típico cuando se ubica frente a un filtro.

Adicionalmente el equipo de bombeo contará con una chaqueta de enfriamiento, la cual

consiste en un tubo de acero inoxidable de diámetro mayor al motor en

aproximadamente 2” para inducir que el agua que ingrese a la succión de la bomba

transite forzadamente por las paredes del motor ayudando a su refrigeración y evitando

su sobrecalentamiento.

Según los cálculos del NPSHd en el sistema, la bomba no tendrá problemas de

cavitación ya que el valor del NPSHr por la bomba se encuentra muy por debajo del

valor de NPSHd del sistema.

La Potencia Nominal de 22.6 Kw (30 HP) del motor asegura que la potencia requerida

por la bomba estaría totalmente cubierta.

La selección del equipo es la más indicada ya que el punto de trabajo se encuentra muy

próximo al punto de máximo rendimiento de la bomba (ver curva característica de la

bomba en la sección ANEXOS).



9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.1 CONCLUSIONES

�� El trabajo realizado en la rehabilitación del pozo fue satisfactorio, el cual se refleja en

el mejoramiento del rendimiento del acuífero ya que todos los filtros se encuentran

nuevamente activos.

�� Si bien la recuperación del pozo ha satisfecho las expectativas de abastecimiento de agua

para el reservorio, se debe monitorear que su explotación no exceda el caudal de diseño

de 12 lt/s para evitar que algunos filtros queden inactivos y decaiga el rendimiento del

mismo.

�� El porcentaje de arenas es relativamente bajo, lo que favorece al buen desarrollo del

equipo de bombeo y a tener menor desgaste de los impulsores por el fenómeno abrasión.

�� Los análisis del agua realizados por un laboratorio de prestigio indican que la calidad es

buena, pero que es necesario suministrar una determinada dosis de cloro para asegurar

su total potabilización y ser apta para el consumo humano.

�� Las tuberías existentes de PVC se encuentran en buen estado y serán aprovechadas para

formar parte del sistema de impulsión reduciendo gastos en tubería nueva, aunque en 2

tramos que corresponden a las tuberías de 250 mm. la velocidad del flujo es baja y

necesitará periódicamente una revisión para posible mantenimiento y así evitar la

sedimentación de partículas.

�� El tipo de electrobomba sumergible seleccionado cumplirá con las condiciones

requeridas para el abastecimiento de agua al condominio, además que para este tipo de

bombas se estima un tiempo de vida útil entre 8 a 10 años. También son equipos cuyo

mantenimiento e instalación son de bajo costo en comparación con bombas sumergibles

con motor externo tipo turbina.

�� La selección del equipo de bombeo asegura un eficiente desempeño dado que el punto

de trabajo se encuentra cercano al punto de máximo rendimiento según se muestra en la

Curva de Operación de la bomba.

�� El equipo no tendrá problemas de cavitación dado que en el análisis del NPSHr por la

bomba es mucho menor al NPSHd del sistema, asegurando su normal desempeño.



9.2 RECOMENDACIONES

�� Los trabajos de rehabilitación de pozos profundos son relativamente costosos, y se debe

tener todas las previsiones del caso para poder resolver los contratiempos que puedan

suceder en obra. Para esto es necesario contar con algunos componentes de reserva como

son: combustibles, lubricantes, repuestos y accesorios necesarios para asegurar el

desempeño continuo de los equipos de limpieza y del equipo de bombeo de prueba.

�� Se debe tener bastante experiencia para las pruebas de bombeo en un pozo, ya que es de

suma importancia poder obtener los datos más precisos para la elaboración de la Curva

de Rendimiento del Pozo, pues esto asegura determinar el caudal óptimo de explotación.

Con esto se evita la sobreexplotación del acuífero que traería como consecuencia un

decaimiento en su rendimiento y su posterior inoperancia.

�� Para las pruebas de rendimiento del pozo, el bombeo debe ser continuo a determinado

caudal constante, y debe variarse de régimen cuando se obtenga agua totalmente clara.

Este proceso puede tomar varias horas y debe ser realizado por empresas experimentadas

en el rubro.

�� Para la selección del equipo de bombeo es sumamente importante tener la mayor

información posible en lo que respecta al tipo de fluido, las condiciones de operación,

las condiciones del lugar y detalles del suministro eléctrico. Realizar correctamente los

cálculos de los parámetros necesarios para la selección del equipo del bombeo, asegurará

el correcto funcionamiento del mismo.

�� Para el tipo de bombas sumergibles para pozo profundo, es recomendable siempre

instalar una válvula check a la descarga de la misma, ya sea en la misma bomba o a un

tramo bastante próximo en la tubería. Esto se debe a que al detener la operación del

equipo la columna de agua impulsada por la tubería puede retornar a la bomba con una

presión que dañe a la misma por el fenómeno del golpe de ariete, la válvula check

cumpliría la función de reducir este impacto protegiendo el equipo.

�� Para pozos con un porcentaje alto de arenas, es recomendable utilizar equipos que giren

a 1800 RPM o menores, para poder evitar el desgaste prematuro de los impulsores por

el fenómeno de abrasión. Esta opción definitivamente incrementará en gran proporción

el precio y el tamaño del equipo.



10. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

1.- M.R. MAVLIUTOV: “Tecnología de Perforación de Pozos Profundos”, Editorial

MIR MOSCU, 1986.

2.- LLAMA, J: “Hidrología General. Principios y Aplicaciones”. Univ. País Vasco.

635 p., Bilbao, 1993.

3.- ULRIC P. Gibson, REXFORD D. Singer: “Manual de los Pozos Pequeños”,

Editorial LIMUSA, 1990.

4.- McNAUGHTON, Kennet: “BOMBAS Selección, Uso y Mantenimiento” Editorial

McGRW-HILL/INTERAMERICANA DE MEXICO – Primera Edición, Impreso

en Mexico , 1999.

5.- Sterling SIHI: “Principios Básicos para el Diseño de Instalaciones de bombas

Centrífugas”. 7´ edición ampliada y revisada. Editorial GRAFICAS GINER S.L.,

Impreso en Madrid, 2003.

6.- SOLER, Manuel: “MANUAL DE BOMBAS”. Primera Edición. Imprenta

GRAFISTEC, Impreso en España, 1992.

7.- BOMBAS SIHI-HALBERG S.A.: Conferencia “CRITERIOS PARA LA

SELECCIÓN, INSTALACION Y PROTECCIÓN DE MOTOBOMBAS

SUMERGIBLES DE POZO PROFUNDO”, Santa Fé – Bogota, Septiembre 1,994.

8.- SANCHEZ SAN ROMAN, F. Javier: “HIDRAULICA SUBTERRANEA -

CONCEPTOS FUNDAMENTALES”. Dpto GEOLOGIA – Univ. Salamanca

España, 2001.

9.- TYLERG Hicks. BME: “Bombas, su Elección y aplicación”. Compañía editorial

Continental, S.A., México, 1979.

10.- CHOY BEJAR, David: Monografía Técnica “Diseño de una nueva línea de

impulsión y selección del equipo de bombeo para la extracción de agua subterránea

planes de expansión de mínimo costo de agua potable y alcantarillado EPS

Chimbote”. E.A.P. Ing. Mecánica de Fluidos – IV Curso de Actualización

Profesional, 2002.



11.- Compañía Perforadora Agrícola Comercial Industrial S.A. ACISA: “Informe de

REHABILITACIÓN DEL POZO SEDAPAL P-747 LOTIZACIÓN PUENTE 7”.

12.- Equipo de Aguas Subterráneas – SEDAPAL: “INFORME Nº 033 – 2007 –

Centro/EAG” Referente a Presión de salida del Pozo p-747 – Distrito de Santa

Anita.

13.- Separatas del Curso de BOMBAS – VI CICLO DE ACTUALIZACIÓN

PROFESIONAL EN INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS.

14.- Informe de Calidad de Agua realizado por Laboratorios Ambientales S.A.C., Junio

2007.

15.- Apuntes de Pre Grado de Ingeniería Mecánica de Fluidos – CURSO

TURBOMAQUINAS I, 2003-I.



RELACION DE FIGURAS

1. FIGURA Nº 1: Términos en un Pozo Profundo. 2. FIGURA Nº 2: Cálculo de NPSH en un Pozo Profundo.

3. FIGURA Nº 3: Componentes para la elaboración de la Curva del Sistema.

4. FIGURA Nº 4: Relación entre Curva del Sistema y Curva del Equipo de Bombeo.

5. FIGURA Nº 5: Perfil Característico del Pozo P-747.

6. FIGURA Nº 6: Curva Resultante de Prueba Caudal vs. Nivel Dinámico

7. FIGURA Nº 7: Curvas de Producción del Pozo SEDAPAL P-747 (Años: 1999,

2000, 2005 y 2007).



FIGURA Nº 1

POZO PROFUNDO: TERMINOS



FIGURA Nº 2

Cálculo de NPSH



FIGURA Nº 3



FIGURA Nº 4

Relación entre Curva del Sistema y Curva del Equipo de Bombeo

1. Variación de la curva del sistema si Hd (Nivel Dinámico) es mayor al estimado:

mayor abatimiento.

Consecuencia: menor caudal de bombeo (Curva de la bomba hacia la izquierda).

2. Variación de la curva del sistema si Hd (Nivel Dinámico) es menor al estimado:

menor abatimiento.

Consecuencia: mayor caudal de bombeo o salida de la curva de la bomba�

velocidad de agua del pozo mayor � arrastre de salida



FIGURA Nº 5

Perfil Característico del Pozo P-747



FIGURA Nº 6

RESULTADO DE PRUEBAS: CAUDAL vs. NIVEL DINAMICO



FIGURA Nº 7

CURVAS DE PRODUCCION DEL POZO SEDAPAL 747 “LOTIZACION PUENTE 7”



ANEXOS

� Gráfico Nº 1: Mapa de recorrido de tubería de impulsión de PVC.

� Resultados de análisis de calidad de agua.

� Data Sheet y Curva Característica, de Electrobomba Seleccionada.

� Información dimensional de motor sumergible.

� Plano referencial de caseta de operación de pozo P-747.

� Características y recomendaciones para el trabajo con electrobombas sumergidas.

� Ventajas de electrobombas sumergibles.

� Ubicación del Equipo de Bombeo en relación con los Filtros del Pozo.

� Memoria Fotográfica de Rehabilitación de Pozo P-747 e Instalación de Electrobomba

Sumergible.


Grafico Nº 1: MAPA DE RECORRIDO DE TUBERÍA DE IMPULSION DE PVC (Urb. Los Ficus – Santa Anita)

CASETA DE OPERACION POZO PROFUNDO P-747 RESERVORIO CONDOMINIO LOS RUISEÑORES DE SANTA ANITA RECORRIDO DE TUBERIA DE PVC

RESULTADOS D

E.A.P. Ingeniería Mecá

LTADOS DE ANALISIS DE CALIDAD DE AGUA

ría Mecánica de Fluidos

E.A.P. Ingeniería Mecá

ría Mecánica de Fluidos



DATA SHEET Y CURVA CARACTERISTICA DE ELECTROBOMBA SELECCIONADA



MEMORIA FOTOGRAFICA REHABILITACION DE POZO P-747 E INSTALACION DE ELECTROBOMBA SUMERGIBLE

1.- Vista general del Pozo SEDAPAL P- 747, apréciese la maquinaria empleada para su rehabilitación.

2.- Cepillo de cerdas de acero, para cepillado del pozo.



3- Equipo para inyección del polímero Advant ACW3

4.- Electrobomba sumergible empleada para la prueba de aforo.



5.- Toma de muestras de agua para su análisis.

6.- Comprobación del llenado del motor para realizar el descenso.



7.- Acoplamiento a la tubería de Acero Schedule 40 de 4”.

8.- Instalación del Codo de Descarga de 4”

zuniga_angulo_joel_martin_2008.pdf

Documents