ELECTRIFICACIÓN Y PROPUESTA DE DESARROLLO PARA EL CANTÓN SANTA RITA CIMARRÓN, CHALATENANGO TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE INGENIERÍA PARA OPTAR AL GRADO DE INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTADO POR: JOSÉ ARTURO MATUS MONTERROSA RAFAEL ALCIDES ROSA HERNÁNDEZ FRASER LEW TORRES LEMUS MARZO DE 2001 SOYAPANGO, EL SALVADOR, CENTROAMÉRICA - i - INTRODUCCIÓN El progreso y desarrollo de una población entre otras cosas, depende de los recursos locales con los que ésta cuenta y de la manera de cómo los administra. Actualmente se habla mucho de globalización pero, los beneficios que el país pueda obtener depende de lo firme que sea su participación, es decir, su competitividad, su capacidad económica e institucional. Formar un país competente y con suficiente capacidad económica, requiere de la participación de todos los sectores involucrados en la economía, uno de estos sectores es el rural y su principal aporte a la producción es la agricultura: Una agricultura más tecnificada y eficiente es más productiva y competitiva, pero para ello es necesario contar con el recurso eléctrico. Partiendo de las condiciones socioeconómicas de la micro región que se describen para Nueva Concepción, el documento propone llevar en primera instancia un proyecto de electrificación en el Cantón Santa Rita Cimarrón, y las comunidades del Roblón, Cañalón, Aguacatillo y Pueblo Viejo, en el departamento de Chalatenango. Para realizar el proyecto fue necesario elaborar la propuesta técnica de electrificación bajo los lineamientos y formatos del FISDL, aprobación y autorización por parte de la distribuidora local (AES – CLESA), para luego entregarla a la municipalidad correspondiente, con el fin de conseguir el financiamiento para que cualquier empresa especializada en el desarrollo de estos proyectos (electrificación específicamente), pueda construir el tendido primario y la distribución secundaria. Para complementar y con el objeto de favorecer el desarrollo humano local, se presentan unas propuestas de desarrollo técnico para el estudio y evaluación de su ejecución , según prioridades y necesidades por parte de las comunidades, tales como:  Diseño para la captación de aguas lluvias por medio de diques. - ii -  Captación de agua para consumo humano con la ampliación de la red primaria, con el objeto de diseñar un sistema de bombeo desde la captación de las aguas hacia un punto estratégico para poder distribuir el agua por medio de gravedad o según los recursos disponibles de las comunidades.  En conjunto con la propuesta anterior, se propone potabilizar el agua con el Sistema de Potabilización de Agua con Flujo Continuo Mediante Desinfección Solar como recurso renovable .  Por último, se propone al Departamento de Medio Ambiente de la Universidad, retomar el tema de la reforestación parcial o total de las áreas más afectadas según la condición geográfica. Todo lo anterior se hace con el objeto de garantizar el buen uso de la electricidad como fuente de progreso, y mejorar la calidad de vida de las personas de las comunidades involucradas. Entiéndase por calidad de vida a la forma integral de desarrollo humano, es decir, no empobrecer a un grupo al tiempo que se enriquece a otro: considerando que una estructura sociopolítica caracterizada por una desigualdad creciente podría llegar a ser sustentable sólo a través de la presión, pero no en términos sociales. No degradar la diversidad y productividad biológicas de los ecosistemas, ni de los procesos ecológicos y los sistemas vitales esenciales. Aumentar la capacidad de respuesta a los cambios y mantener o incrementar las opciones par una adaptación independiente1. 1 Conceptos de Género y Desarrollo, Universidad de Santiago de Chile, 1996. Sonia Montecino & Loreto Rebolledo. - iii - DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS A Dios todo Poderoso y María Santísima pues gracias a ellos pude completar el proyecto, A mi esposa Leonor Yesenia, que supo comprenderme y acompañarme durante la realización del mismo, A mis hijos: Rebeca Alejandrina y Gerardo Arturo, a quienes robé muchas horas de juego y diversión, Finalmente agradezco a mis padres, quienes me iniciaron en el amor, la vida y el estudio. José Arturo Matus Monterrosa Agradezco a Dios Todo poderoso, por quien todo ha sido hecho y quien me ha permitido llegar hasta este momento de triunfo y satisfacción. A mis padres quienes siempre me han apoyado en todos los aspectos y sin ellos no hubiese sido posible iniciarme en los estudios, A mi esposa Marta Elena quien de muchas formas me apoyó y comprendió durante la culminación de la carrera, A mis hijas, Marta Gabriela y Fátima Elena a quienes amo mucho, y me hacen sentir que tengo un nuevo propósito en mi vida, A mi hermano Domingo y mis hermanas Ena y Milagro quienes han completado mi vida formando un familia muy unida y feliz, A mis compañeros de Tesis Arturo y Fraser, con quienes pasamos buenos momentos, pudiendo concluir el presente trabajo de graduación Y a todas aquellas personas que de buena voluntad me han dado su apoyo y cariño lo largo de mi vida. Rafael Alcides Rosa Hernández - iv - Agradezco a nuestro Señor Jesucristo, ya que El da el querer como el hacer. A mi amada esposita Bella Lorena, por impulsarme y animarme a seguir adelante. A mi hijo Fraser Alejandro, por inspirarme y mostrarme el Amor en todo su esplendor. A nuestro próximo Baby, que aunque no lo he visto a los ojos, ya late en mi corazón. A mi madre por su amor y esfuerzo en su vida y a mi hermano Douglas por su apoyo. Y a todas las personas que me aman y aprecian. Dios los bendiga. Fraser Lew Torres Lemus Agradecimiento especial en nombre del grupo: Al ingeniero Jorge Basagoitia, al ingeniero Anselmo Baldizón y al P. Pedro García sdb quienes depositaron su confianza en nosotros para la realización de tan importante proyecto, al mismo tiempo extendemos el agradecimiento al Lic. Mario Rafael Olmos sdb por su pronta incorporación y activa participación. Que Dios los bendiga. - v - SIMBOLOGÍA AYA : Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados  : coeficiente de dilatación lineal del cable por grado de temperatura  : P/S [m/mm2]  : peso del hilo en Kg/m/mm2  : peso del hilo en Kg/m/mm2 2 : temperatura a la que puede estar el cable en la condición 2 a : vano IS en metros E : módulo de elasticidad del cable en Kg/mm2 EAWAG / SANDEC : Instituto Federal Suizo para la Ciencia y la Tecnología Ambiental / Agua y Saneamiento en Países en Desarrollo Fv : es la sobrecarga del viento g : Aceleración de la gravedad (9,8 m/s2). H : distancia desde I, o desde S, al eje OX. IEC : (Comisión Electrotécnica Internacional), por sus siglas en inglés, International Electrotechnical Commission IEEE : (Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos), por sus siglas en inglés, lnstitute of Electrical and Electronics Engineers. ISO : (Organización de Normas Internacionales), por sus siglas en inglés, International Standards Organizations LGE : Ley General de Electricidad mca : metros por columna de agua mm: milímetros m : Metros NEC : (Código Eléctrico Nacional), por sus siglas en inglés, National Electrical Code. NESC : (Código Eléctrico Nacional de Seguridad), por sus siglas en inglés, National Electrical Safety Code. - vi - NFPA : (Asociación Nacional de Protección Contra Incendios), por sus siglas en inglés, National Fire Protection Association. OPAMSS : Oficina de Planificación del Área Metropolitana de San Salvador. PHDS : Programa Humano de Desarrollo Sostenible PA : Peso por metro y milímetro cuadrado de sección PEA : Población Económicamente Activa PMA : Programa de Escuelas Activas PROCOM : Programa de Apoyo a Comunidades Radiación N = nublado PN = parcialmente nublado S = soleado Solar Viento SV = sin viento M = mediano F = fuerte S : Sección del cable en mm2 S : es la sección normal al viento (m2) s.n.m.: sobre el nivel del mar t1 : tensión a la temperatura TA Tracción máxima del cable ts : Tensión en kg/mm2 en el punto S tv : tensión en Kg/mm2 en el vértice V de la curva UV : Ultra violeta UNA : Universidad Nacional de Costa Rica. v : la velocidad del viento(m/s) y : h Cosh (x/h) INDICE INTRODUCCIÓN i DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTOS iii SIMBOLOGÍA iv CAPÍTULO I CONDICIONES GENERALES DE NUEVA CONCEPCIÓN, CHALATENANGO 7 Ubicación Geográfica 7 Recursos Naturales 7 Población 8 Fuentes de Ingreso y Empleo 9 Sector Agropecuario 10 Servicios Sociales Básicos 12 CAPÍTULO II ANTECEDENTES DEL TEMA O PROBLEMA 13 Descripción del problema 13 Objetivos General 14 Específicos 14 CAPÍTULO III ELABORACIÓN DEL DISEÑO ELECTRICO 15 Conceptos Generales para Líneas de Distribución de Energía Eléctrica 15 Apoyos para Líneas Aéreas 15 Clasificación de los Apoyos según su función 16 Apoyos de Alineación 16 Apoyos de Ángulo 17 Apoyos de Anclaje 17 Apoyos de fin de líneas o remates 17 Configuración de los Apoyos para las Líneas Aéreas 18 Esfuerzos a los que están sometidos los Apoyos para Líneas Aéreas 18 Esfuerzos verticales 18 Esfuerzos transversales 18 Esfuerzos longitudinales 19 Estructuras que contienen elementos de fuerza múltiple 20 Aisladores y Herrajes 21 Vano, luz y flecha 23 Configuración de los conductores empleados para líneas eléctricas Aéreas 24 Datos técnicos para el ASCR No. 2 25 Cable de acero de 5/16” 26 Cálculo de Catenarias 27 Conceptos Generales 27 Elaboración de perfiles y plantillas para el trazo de catenarias 31 Curva de flechas máximas verticales 32 Curva de distancia mínima al terreno 32 Curva de pie de apoyos 32 Curva en frió 32 Datos de salida para el ploteo 32 Estimación de los esfuerzos estructurales 46 Cálculo de fuerzas para las estructuras entre los puntos P32 y P33 47 Cálculo del factor de seguridad para los Momentos deflectores 55 Cálculo del factor de seguridad para Esfuerzos cortantes 55 Requisitos generales exigidos por AES-CLESA 57 Datos Generales 57 Presentación de planos 59 Datos Técnicos 59 Formularios según FISDL 63 Formato 10: Información General del Proyecto 63 Formato 20: Antecedentes 64 Formato 30: Ingeniería del proyecto 66 Formato 40: Organización de la comunidad beneficiaria para cuidar y administrar el proyecto 69 Formato 50: Análisis de aspectos financieros y económicos 71 Formato 60: Prefactivilidad / Perfil del proyecto 72 Formato 70: Diagnostico socioeconómico 77 Formato 80: Certificación de acuerdo municipal de ratificación de priorización de proyectos 78 Formato 90: Solicitud de financiamiento 79 Formato 100: Acta de formación de comité de proyecto 80 Formato 200: Acta de compromiso contraparte 81 Cálculos y Diseño para la línea eléctrica de distribución 82 Resumen del Programa para Desarrollo Local 81 Solicitud de Financiamiento del Proyecto 83 Resumen del Presupuesto 84 Hoja de Presupuesto 86 Cronograma de Actividades 91 Proyección Físico Financiera del Proyecto 96 CAPÍTULO IIII PROPUESTA TÉCNICA DE DESARROLLO 97 Estudio preliminar para la Captación de Aguas Lluvias 98 Ambientación 98 Desventajas 100 Criterios que se deben considerar para decidir sobre un sistema de captación de agua de lluvia 100 Sistema de abastecimiento de agua mediante la captación y distribución de agua lluvia 101 Inclusión de niveles de precipitaciones de la zona 101 Ubicación topográfica de la zona para la asignación de diques 103 Agua requerida para riego según el tipo de cultivo 107 Propuesta del tipo de cortina: Muro de contención 114 Procedimiento de construcción 114 Costos aproximados de los materiales y mano de obra 116 Captación de aguas para consumo humano 117 Ubicación de los nacimientos 117 Medición y cálculo estimado de los flujos de agua en los nacimientos 118 Demandas de agua estimadas para la población según ANDA 119 Sistema de impulsión 120 Tipos de bombas 121 Bombas centrífugas o radiales 121 Bombas axiales o helicoidales 122 Bombas de flujo mixto 122 Cálculo de la manométrica o dinámica (H) 123 Altura estática 123 Pérdidas por fricción (HF) 124 Pérdidas Singulares (Hs) 127 Requerimientos de presión (P) del sistema 129 Altura representativa de velocidad (V2/2g) 129 Fenómeno de aspiración 129 Altura teórica de succión 130 Potencia de la bomba 131 Curvas características 132 Conexión de bombas 133 Bombas en serie 133 Bombas en Paralelo 134 Consideraciones generales sobre instalaciones y funcionamiento 135 Cavitación 135 Golpe de ariete 135 Cebado 136 Potencia para bombas eléctricas 136 Estimación del diámetro 136 Pérdidas 136 De energía por presión 136 Singulares 137 Presión del Sistema 137 Altura de velocidad 138 Energía de la Bomba 138 Accesorios mínimos que se deben considerar en un sistema de impulsión 138 Propuesta del equipo de bombeo 140 Cálculo del equipo de Bombeo para el nacimiento: Los Manzanos 141 Características generales del equipo de bombeo 144 Esquema del sistema de bombeo 150 Esquema de distribución propuesto para las cantareras 154 Ubicación de la bomba 155 Perfiles para el montaje de la tubería 157 Ampliación de la red eléctrica para la energización del sistema de bombeo 158 Costos aproximados de los materiales y mano de obra 160 Potabilización de agua con flujo continuo mediante desinfección solar como recurso renovable 162 Generalidades 162 ¿Qué es SODIS? 163 Datos técnicos del Sistema 163 Limitaciones del sistema 164 Funcionamiento básico del sistema 164 Costo del Sistema 165 Componentes y sus funciones 165 Reactor 166 Intercambiador de calor 168 Válvula térmica 168 Controlador de flujo 168 Tanque de almacenamiento de agua cruda 169 Tanque de almacenamiento de agua potable 169 Plan de construcción 170 Estructura metálica 170 Lámina de aislamiento 170 Absorbedor 170 Empaque O-ring 171 Vidrio con angulares 171 Intercambiador de calor 172 Juego de válvulas 172 Tanque de agua cruda 172 Controlador de flujo 173 Tanque de almacenamiento de agua potable 173 Instalación del Sistema 173 Lista de herramientas 174 Pasos para realizar la instalación 174 Manual de control y mantenimiento 175 Vaciar el sistema 175 Datos técnicos de operación 176 Resultados de pruebas de campo 176 Factibilidad técnica 177 Aspectos socio culturales 177 Propuesta para la siembra de cultivos forestales 178 Resumen 178 Propuesta para la siembra y explotación de Pino Ocarpa 179 Antecedentes 179 Justificación del Proyecto 179 Objetivos 179 Ubicación del proyecto 180 Agua, Suelo y Potencial Agrícola 180 Acceso 181 Descripción del Proyecto 181 Etapas de Siembra 181 Descripción y Resumen de los Raleos 183 Proyección de costos 186 CONCLUSIONES 188 GLOSARIO 189 BIBLIOGRAFÍA 196 ANEXOS 197 Memoria de las visitas al proyecto Plantillas para el trazo de catenarias Datos técnicos para los postes metálicos de sección poligonal Presentación de Planos a AES – CLESA Solicitud factibilidad de servicio eléctrico Factibilidad de Servicio Eléctrico AES – CLESA Diseño con observaciones AES – CLESA Solicitud 2ª Revisión AES – CLESA Entrega de copia electrónica planos eléctricos AES – CLESA Datos técnicos para la bomba de impulsión sugerida Planos Eléctricos - 7 - CAPÍTULO I CONDICIONES GENERALES DEL MUNICIPIO NUEVA CONCEPCIÓN, CHALATENANGO2 Ubicación Geográfica Se distribuye al oriente del medio Lempa y sobre el complejo volcánico Cerro Pacho- Teocinte, con una extensión de 25,749 hectáreas y está integrada por las cuencas de los ríos Mojaflores, Jayuca y la mitad oriental de la cuenca del río Matayate. Por su configuración está influenciada por dos zonas agroecológicas, presentando condiciones bioecológicas favorables para el desarrollo de amplia gama de especies cultivadas. El área de la planicie aluvial, donde se alberga parte del Distrito de Riego de Atiocoyo, presenta variaciones de temperatura propias de la zona de bosque húmedos sub-tropical caliente presentando regímenes que inducen canículas prolongadas. Recursos Naturales Las unidades geológicos que estructuran el área son principalmente lavas cuaternarias en el complejo volcánico y lavas ácidas intermedias con aluviones en la planicie. Ello propicia el continuo flujo subsuperficial almacenado en la época lluviosa. Los suelos predominantes son Alfisoles en el área volcánica y vertisoles en la planicie, ambos con excelentes características para la producción de cosechas. 2 Los Componentes de Seguridad Alimenticia y Recursos Naturales en el Proyecto Humano de Desarrollo Sostenible, 1996 - 8 - El potencial natural de las tierras tiene las siguientes características:  Tierras con aptitud para la agricultura intensiva  Tierras con aptitud para agricultura semi-intensiva  Tierras con aptitud para frutales de altura, hortalizas u otros rubros de alto valor  Tierras con aptitud para la ganadería  Tierras de vocación forestal  Tierras marginales para las actividades agropecuarias El uso de las tierras se encuentra fuertemente influido por el distrito de riego identificándose en la planicie patrones de ocupación del suelo dominados por cultivos de arroz, caña de azúcar, pastos, y granos básicos (maíz y fríjol) en los cerros. En el sector norte, que es donde se distribuyen los suelos esqueléticos, la cobertura principal son pastos naturales y vegetación arbustiva. La cubierta vegetal arbórea prácticamente ha desaparecido. Tanto por sus características de suelo, como por su posición y disponibilidad de agua, esta micro región presenta un elevado potencial para convertirse en el polo ganadero de la zona norte, para cuyo propósito, se dispone de una buena red de comunicación. Población La población de la micro región esta constituida por 27,321 personas, la cual corresponde en su totalidad al municipio de Nueva Concepción. Esta microregión representa el 0.53 % de la población nacional y el 15.4 % de la población departamental. En términos de género, la población masculina es ligeramente superior que la femenina (207 personas más del sexo masculino). La población urbana representa el 28.93 %, mientras que la población rural el 71.07 %, siguiendo la participación por género la misma situación descrita a nivel rural, mientras que a nivel urbano las mujeres observan un - 9 - número mayor en 189 personas. En términos de la población por edad, el 46.6 % corresponde a niños de 0 a 14 años, el 25.3 % a personas entre 15 y 29 años, el 22.0 % a personas entre los 30 y 59 años y el 6.0 % a personas con 60 años y más. Tanto a nivel municipal, género y población urbana y rural, la participación por grupos de edad es bastante similar. La tasa de crecimiento representa 1.35 %, con una población por kilómetro cuadrado de 106 personas. Fuentes de Ingreso y Empleo La población económicamente activa de la micro región se compone de 7,637 personas, de las cuales 5,652 se encuentran en la agricultura, 277 personas en la industria manufacturera, 469 personas en el comercio, 155 personas en la industria de la construcción y 377 personas dedicadas a los servicios domésticos. El resto de actividades observa una participación muy reducida. A nivel relativo la participación de la agricultura representa el 71.04 % de la PEA micro regional, la industria el 3.48 %, el comercio el 5.89 %, la construcción el 1.95 % y los servicios domésticos el 4.74 %, mostrando igualmente esta micro región el rasgo de una especialización basada en la agricultura. La participación micro regional de la PEA rural, 5,714 personas, representa el 71.82 %, mientras que la participación relativa por género observa que los hombres representan el 84.36 % de la PEA total. La desocupación referida por el Censo de Población para la micro región representa a 287 personas, siendo la tasa de desocupación del orden del 3.61 % de la PEA total, manteniendo la característica de una participación por género bastante similar que lo referido para la PEA. La población no económicamente activa de la micro región representa a 19,395 personas, - 10 - existiendo una relación entre población inactiva y población total del 70.88 % y una relación de la población inactiva y población ocupada de 253 personas. La encuesta de Prochalate indica que en esta micro región se ha producido una emigración de 924 personas, de las cuales 406 han emigrado a otra ciudad, 252 fuera del país y 266 a otra zona rural. Sector Agropecuario La encuesta de Prochalate señala un total de 2,604 productores con una superficie total de 3,594.5 hectáreas, representando un área promedio por producto de 1.4 Has. Las producciones dominantes continúan siendo los granos básicos, al representar el 98.4 % de los productores y el 98.8 % del área agrícola, con una superficie promedio de 1.4 Has por agricultor. El cultivo del arroz en esta zona representa a 140 productores y una superficie de 434 Has. La diversificación es bastante limitada va que además de los granos básicos únicamente se encuentran cultivos como hortalizas y ajonjolí, pero con una superficie y un número de productores bastante limitada. De acuerdo a la encuesta de Prochalate para 1994 en esta micro región había una existencia de 3,010 bovinos, 574 equinos, 1.540 cerdos, 11,998 aves y 532 cabras. La ayuda alimentaría manejada por el Programa de Escuelas Activas (PMA) no a sido incorporado en esta micro región. Según Prochalate, el 23.5 % de la producción es destinada al autoconsumo y el 76.5 a la venta. La producción es vendida casi en su totalidad en Chalatenango ya que el 95.9 % de esta es comercializada en el mismo departamento. La micro región cuenta con 2,170 productores, de los cuales 1,750 son hombres y 420 - 11 - mujeres. De estos 154 perciben de 0 a ¢5,000 colones de ingreso bruto anual, 672 productores un ingreso bruto de ¢5,000 a ¢10,000 colones, 574 productores un ingreso bruto de ¢10,000 a ¢15,000 colones y 770 productores ingresos superiores a los ¢15,000 colones. En términos relativos el 7.1 % de los productores perciben de 0 a ¢5,000 colones de ingreso bruto anual, el 31.0 % de los productores un ingreso bruto de ¢5,000 a ¢10,000 colones y el 61.9 % de los productores un ingreso bruto superior a los ¢10,000 colones. En esta micro región el 31.5 % de los productores son propietarios, el 55.9 % son arrendatarios y el 12.6 % son productores con otras formas de tenencia. De acuerdo al tamaño de la explotación el 36.4 % de los productores observan una extensión inferior a las 0.9 Has, el 31.5 % una extensión entre 1.0 y 1.9 has y el 32.2 % explotaciones mayores a las 20 Has. En Nueva Concepción han sido beneficiados por el PTT 565 personas, con una extensión de 2,315.74 manzanas y una superficie por beneficiario de 4.10 mz (2.9Has). En este municipio se encuentran casi la totalidad de las cooperativas del departamento, al existir 9 cooperativas del sector Reformado: Rancho Luna (25 socios), Tepeagua (25 socios), Las Guaras (21 socios), Tres Haciendas (26 socios), Puesto Rico (16 socios), Santa Rosa (33 socios), Los Chilimates (73 socios), Pañanalapa (290 socios) y Colima (250) socios, haciendo un total municipal de 759 asociados. No se conoce actividad artesanal de importancia en esta micro región. La encuesta de Prochalate identifica a 42 personas en el municipio de Nueva Concepción dedicadas a la actividad pesquera. - 12 - Servidos Sociales Básicos El 91.9 % del nivel académico alcanzado en la microregión lo representa la educación básica, con un total de 11,629 personas. La educación media representa el 5.9 % (736 personas) y existen 30 técnicos universitarios y 37 personas con educación superior. En esta micro región la tasa de analfabetismo para una población de 5 años y más es del 43.4 %. Existen 11 promotores de salud. La relación de la poblaci9n con respecto a los promotores es de 2,484 personas por promotor. Esta micro región presenta una relación inferior al promedio departamental. Los casos de desnutrición reportados por primera vez por grupos de edad de 0 a 14 años por la Oficina Departamental del Ministerio de Salud para 1995 señalan 358 con desnutrición leve y 148 casos con desnutrición moderada o severa, haciendo un total de 506 casos. El porcentaje de desnutrición de 0 a 4 años, de acuerdo a los casos de desnutrición reportados es del 11.77%. De acuerdo a ponderaciones de la Oficina departamental del Ministerio de Salud Nueva Concepción es considerado un municipio con prevalecida alta en retardo de talla. La tasa de mortalidad infantil en Nueva Concepción es de 47.87 por mil. La situación de vivienda y saneamiento en el municipio de Nueva Concepción continúa siendo bastante deficiente. El 57.0 % de la población tiene piso de tierra en su lugar de habitación, el 42.9 % adquiere el agua a partir del río, el manantial u otro medio, el 46.3 % no dispone de servicio sanitario, el 82.4 % no cuenta con drenaje, el 47.5 % no dispone de alumbrado eléctrico, el 81.6 % utiliza la leña como fuente principal para cocer los alimentos y el 49.4 % elimina la basura en cualquier lugar. - 13 - CAPÍTULO II ANTECEDENTES DEL TEMA O PROBLEMA Descripción del Problema El cantón Chaguitón es una comunidad situada a una altura entre 950 y 1000 metros sobre el nivel del mar; aledañas a ésta se encuentran otros caseríos: El Roblón, El Aguacatillo, Pueblo Viejo y El Cañalón, todas estas comunidades pertenecen a la jurisdicción de Nueva Concepción, Chalatenango y se suman a la micro región descrita en el capitulo anterior, lo cual se reduce a el empobrecimiento generalizado ya que carecen de servicios primarios tales como energía eléctrica, agua potable, aguas negras, telecomunicaciones, etc. No existe acceso vehicular entre ninguno de los caseríos antes mencionados y sólo existen veredas que se conocen como paso de mulas; lo accidentado del terreno hace más difícil la comunicación entre las comunidades. Existe un alto grado de deforestación debido a la falta de técnicas apropiadas de la agricultura y la falta del recurso energético para cocinar(tala de árboles), etc. “El creador confía al hombre, coronación de toda la obra de creación, el cuidado de la tierra (cf. Gen. 2,15). De aquí surgen obligaciones muy concretas para cada persona relativas a la ecología. Su cumplimiento supone la apertura a una perspectiva espiritual y ética, que supere actitudes y los estilos de vida conducidos por el egoísmo que llevan al agotamiento de los recursos naturales2”. Sumado a lo anterior, es muy notable el alto índice de emigración de jóvenes ilegales hacia los Estados Unidos, por la falta de oportunidades para el desarrollo local de las personas. 2 Preocupación por la Ecología (Página 42), Ecclesia In America, Agosto 1999 - 14 - Objetivos Objetivo General Diseñar la línea de distribución eléctrica primaria a 13.2 KV y secundaria 120/240 V, además se pretende potenciar y desarrollar los recursos naturales de la zona para contribuir al desarrollo integral local de dichas comunidades, con propuestas técnicas concretas para mejorar la calidad de vida de las personas. Objetivos Específicos a) Elaborar el diseño de distribución eléctrico para la comunidad Santa Rita Cimarrón y caseríos aledaños, según formatos del FISDL. b) Estudiar la factibilidad para la ubicación de embalses para la captación de aguas lluvias, aprovechando el caudal de los riachuelos de la zona. c) Proponer la captación de agua para consumo humano desde los nacimientos existentes, y ampliar la red primaria para diseñar un sistema de bombeo desde la captación de las aguas hacia un lugar estratégico en la comunidad más alta. d) Aplicar el método de la potabilización del agua con flujo continuo mediante desinfección solar. e) Proponer la reforestación de las zonas más afectadas y destruidas. Con todo lo anterior se pretende fomentar el desarrollo humano de las zonas, considerando que al llevar la energía eléctrica y potenciar los recursos existentes se mejorará en gran medida la calidad de vida de los habitantes. - 97 - CAPÍTULO IIII PROPUESTA TÉCNICA DE DESARROLLO Para complementar la parte de Desarrollo Local y más específicamente para desarrollar la parte eléctrica, se presentan a continuación cuatro propuestas técnicas que ayudarán ampliamente en el desarrollo integral de la zona, así:  Estudio preliminar para la captación de aguas lluvias  Captación de aguas para consumo humano  Potabilización de agua con flujo continuo mediante desinfección solar como recurso renovable  Propuesta para la siembra de cultivos forestales Cada de una de estas propuestas técnicas acarrean implícitamente mejoras en al calidad de vida de los habitantes de las comunidades beneficiadas, tal es el caso de la captación de aguas lluvias con el cual se tendrá la posibilidad de almacenar el agua para poder irrigar durante el verano o épocas secas; la colección del agua en un punto estratégico ahorrará en gran media esfuerzos y sobre todo tiempo en el traslado del agua; garantizar que el agua esta potabilizada antes de consumirla ayuda en la higiene y salud, sobre todo de los mas pequeños; y finalmente, reforestar buena parte de las zonas que se encuentran en abandono y sin producir, ayuda no solamente a la población aledaña, sino que también estaríamos contribuyendo en la reconstrucción del país. A continuación se presenta el desarrollo y contenido de los estudios y propuestas técnicas descritas anteriormente: - 98 - ESTUDIO PRELIMINAR PARA LA CAPTACIÓN DE AGUAS LLUVIAS Ambientación El agua en la naturaleza se encuentra de diferentes formas y a su movimiento dentro de nuestro planeta, se le denomina Ciclo Hidrológico ( Ver Figura 22). Este ciclo no tiene principio ni fin, pero el concepto del ciclo se origina en los océanos. La energía del sol transporta el agua de los océanos hacia la atmósfera por evaporación. El vapor de agua se eleva y luego se aglomera formando las nubes. Balo ciertas condiciones, la humedad contenida en las nubes se condensa y se precipita a la tierra en diferentes formas como la lluvia, granizo o nieve. Parte de esta precipitación escurre sobre la superficie de la tierra y llega a los ríos, lagos y el océano. Una parte se infiltra en el suelo y queda atrapada en las raíces de las plantas y posteriormente vuelve a la atmósfera por medio de la evapotranspiración, otra parte se percola en el suelo y llega hasta los depósitos subterráneos, donde se desplaza y puede volver a reaparecer en la superficie del suelo en forma de manantiales o nacimientos. Así pues el ciclo hidrológico constituye un sistema mediante el cual la Naturaleza hace circular el agua desde los océanos. Aunque la mayor parte del agua que llega a la atmósfera proviene de los océanos, también contribuye aquella evaporada de los lagos, ríos y la que transpiran las hojas de las plantas. Cálculos aproximados indican que anualmente se evaporan de los océanos y los continentes unos 334,000 y 63,000 kilómetros cúbicos de agua respectivamente14. La precipitación total que cae desde la atmósfera es aproximadamente igual a la evaporación que retorna a la misma, por lo que se podría decir que cada año retornan a la tierra unos 397,000 kilómetros cúbicos de agua. De esa precipitación, las superficies terrestres del globo atrapan cada año aproximadamente unos 99,000 kilómetros cúbicos de agua. Al analizar el ciclo del agua en la tierra podemos decir que el ser humano dispone de dos tipos de fuentes:  Las superficiales que comprende: lagos, ríos y el agua de lluvia captada mediante 14 UNICEF, Programa Subregional de Agua, Saneamiento y Educación Ambiental para Centroamérica - 99 - diferentes procedimientos.  Las subterráneas que incluyen: pozos, manantiales o nacimientos y galerías horizontales. Ciclo Hidrológico Figura 22 La captación de estas fuentes mediante diferentes sistemas permite disponer del agua necesaria para su subsistencia, tal el caso de la construcción de acueductos por gravedad, sistemas que utilizan bombas accionadas por energía eléctrica o combustible, pozos con bombas manuales, cortinas para la retención del agua, etc. Se cuenta con agua durante el tiempo en que esta escasea o cuando el abastecimiento de agua es interrumpido. El sistema proporciona agua a la misma vivienda o a distancias muy cercanas a las - 100 - viviendas. Facilita el acceso al agua evitando su acarreo, lo cual se convierte en tiempo ahorrado que beneficia principalmente a las mujeres y niños. El consumo del agua de lluvia captada y almacenada en los cisternas o tanques puede reducir el índice de enfermedades gastrointestinales a las cuales por lo general están expuestos los habitantes del área rural y urbano-marginal. Desventajas Riesgo de contaminación en las cisternas o tanques de almacenamiento, principalmente si se utilizan recipientes para extraer directamente el agua. A través de un Programa de Educación Sanitaria y utilizando bombas manuales se puede solucionar el problema. En caso de un sistema con cisterna o tanque de uso comunitario, pueden ocurrir conflictos entre los usuarios, principalmente por el mal uso de algunas familias. Esto se puede remediar por medio de una buena organización comunitaria y un Programa de Educación Sanitaria. El volumen almacenado solo permite su uso para beber, preparar alimentos y lavar utensilios de cocina, no para bañarse o lavar ropa. Criterios que se deben considerar para decidir sobre un sistema de captación de agua de lluvia Cuando se agota toda posibilidad de contar con manantiales y el agua subterránea se encuentra a grandes profundidades o no existe. Existe suficiente disponibilidad de agua de lluvia comparada con su uso o demanda. El agua de lluvia es complementaria, es utilizada para el abastecimiento como agua de buena calidad. Por ejemplo, a las viviendas que se encuentran cercanas y a un nivel superior a un río; tomando en cuenta en este caso el agua del río para otras actividades - 101 - que no requieren tal calidad. Las comunidades no cuentan con energía eléctrica. Comunidad está convencida y decidida a participar. El costo del cisterna para uso familiar es menor que el 25% del valor de la vivienda y debe ser económicamente accesible para la familia o grupo o familiar que lo requiera. Sistema de abastecimiento de agua mediante la captación y distribución de agua lluvia Para muchas comunidades rurales, la única solución posible para el abastecimiento de agua puede ser a través de métodos no convencionales, utilizando tecnologías apropiadas como por ejemplo la captación, almacenamiento y distribución del agua de lluvia. Esta puede ser captada de los techos de las viviendas, edificios públicos u otras instalaciones. Un sistema de este tipo bien diseñado es una buena opción para el abastecimiento de agua a una comunidad rural. Los componentes básicos de un sistema de captación, almacenamiento y distribución de agua de lluvia son: Área de captación Filtro Cisterna o tanque de almacenamiento Canaletas Cubierta de la cisterna Inclusión de niveles de precipitaciones de la zona A continuación se presenta en la tabla 11 los datos de precipitación para la zona del Cerrón Grande: - 103 - PRECIPITACIÓN MENSUAL EN EL AREA DEL EMBALSE DEL CERRON GRANDE 1976 –199615 (mm) ANO ENERO FEBRE MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOS SEPT OCT. NOV. DIC. TOTAL 1976 NLL NLL 2 224 195 615 191 201 247 125 47 NLL 1847 1977 NLL NLL NLL 90 164 363 217 465 281 107 97 0 1784 1978 NLL NLL 29 29 140 250 367 286 245 180 63 4 1593 1979 NLL 1 5 178 191 385 289 321 308 314 3 3 1998 1980 90 NLL NLL 67 274 0 388 0 0 0 28 NLL 847 1981 NLL NLL 14 44 144 478 291 216 326 330 3 19 1865 1982 1 10 NLL 122 374 384 215 170 430 210 63 28 2007 1983 NLL 1 NLL 44 198 326 151 335 227 156 32 26 1496 1984 2 4 7 67 176 210 327 271 376 133 10 NLL 1583 1985 0 0 0 112 183 220 361 312 209 206 46 15 1664 1986 0 NLL NLL 34 186 189 360 33 266 186 20 NLL 1274 1987 NLL 2 24 82 144 514 464 300 397 NLL 20 14 1961 1988 ND ND 61 85 133 425 282 ND ND ND ND ND 986 1989 2 NLL NLL 66 221 260 258 448 303 ND 143 NLL 1701 1990 NLL 1 20 75 340 355 276 260 667 159 61 3 2217 1991 NLL NLL NLL 41 216 390 121 283 221 378 38 ND 1688 1992 0 0 1 101 115 476 453 320 455 150 26 8 2105 1993 0 0 34 100 320 272 302 370 342 217 10 5 1972 1994 0 4 1 55 227 148 197 452 239 131 69 0 1523 1995 0 0 0 80 179 317 362 183 490 104 6 29 1850 1996 33 ND 48 120 216 444 275 254 419 126 27 ND 1962 NLL= No llovió; ND= No existen datos Tabla11 15 Servicio Meteorológico, Dirección General de Recursos Renovables MAG - 103 - De lo anterior podemos concluir que anualmente se esta obteniendo un promedio de 1710 mm de precipitación anual en la zona del embalse del Cerrón Grande, la cual esta ubicada en una zona muy próxima al cantón Santa Rita Cimarrón, por lo que dicha precipitación es muy aproximada, Con un máximo de 2217 mm y un mínimo de 847 mm de precipitación de agua. Ubicación topográfica de la zona para la asignación de diques Para poder seleccionar la ubicación de los diques a construir, es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos:  La cortina del dique no debe estar ubicada en un terreno que posea mucha inclinación, es decir lo más horizontal posible para captar la mayor cantidad de agua.  Debe estar ubicada en una cuenca que reciba la suficiente precipitación para captar suficiente agua.  No debe estar por debajo de los terrenos a irrigar por gravedad y evitar el costo de bombeo.  Debe de estar ubicada en una garganta del cause y preferiblemente con terreno rocoso para proporcionar mejor solidez al muro de contención.  Debe almacenar suficiente agua para poder irrigar una extensión considerable de terreno. La figura 23 presenta el relieve del lugar sugerido para el dique de captación de aguas lluvias, la zona más oscura muestra el dique y la zona a inundar, la zona que encierra la línea muestra el área de precipitación que el reservorio podrá captar. Haciendo uso de las curvas de nivel y calculando el área por método gráfico16, se pudo determinar el área en metros cuadrados que es: Área de precipitación a captar: 1,283,450 m2 16 Por Trigonometría simple y dibujo - 104 - Multiplicando este valor por el promedio de milímetros de precipitación podremos calcular el volumen posible a captar de agua. así: Volumen posible a captar = Área de precipitación a captar x Precipitación Volumen posible a captar = 1,283,450 m2 x (1710 mm ) /1000 = 2,194,699 m3 de agua lluvia en el año. - 105 - Dique para captación de aguas lluvias Figura 23 - 106 - Otro sector sugerido para captar agua es el siguiente: Figura 24 - 107 - De la misma forma, la cuenca arriba encerrada por líneas oscuras posee un área aproximada de 1,573,100 m2 y haciendo cálculos como el mostrado anteriormente, recibe aproximadamente 2,690,000 m3 de agua en el año. El cálculo anterior nos presenta de manera aproximada la cantidad de agua promedio que cae sobre la cuenca donde se encuentra el reservorio. Es necesario restar el agua que se permeabiliza en el suelo y la que se evapora por el calor, y tomando en cuenta que 70% de las aguas precipitadas son evacuadas por los ríos17. Por lo tanto las quebradas ubicadas en dichas cuencas evacuarán un promedio de 3,419,289 m3 aproximadamente. Agua requerida para riego, según el tipo de cultivo Hay que tener el conocimiento de la cantidad de agua que el cultivo y el ambiente extraen desde el suelo, es decir, la evapotranspiración o uso consultivo del cultivo; ésta última cambia con la edad del cultivo, el clima y la ubicación geográfica. Por evapotranspiración se designará a la suma de los volúmenes de agua:  Utilizados por las plantas  Evaporados por la superficie del suelo El uso consultivo varía con la temperatura, la humedad del día y la humedad disponible, sin importar la fuente de donde esta última provenga. Multiplicando la temperatura media mensual (t) por el posible porcentaje mensual de horas del día con relación a las del año (p), se obtiene un valor mensual de evapotranspiración (f). Se ha determinado que cuando se dispone de suficiente cantidad de agua la evapotranspiración varía directamente con este factor. La expresión matemática en el sistema métrico es: u = k f y U = suma de k f = K F - 108 - donde: u = evapotranspiración mensual en mm U = evapotranspiración por periodo de desarrollo f = (45.7 t + 813 ) p / 100 factor mensual de uso consuntivo, en sistema métrico. en donde: K = es un coeficiente empírico de cultivo adimensional que varía con el cultivo y su desarrollo vegetativo para el periodo de riego o para el periodo de desarrollo. Las unidades comunes de medida de suelen ser mm / día, mm / mes o mm / temporada. Se ha encontrado que este es constante para todas partes. t = temperatura media mensual en grados centígrados. p = porcentaje mensual de horas del día en relación con las del año f = Suma de los factores mensuales de la evapotranspiración para un periodo considerado (suma de los productos de la temperatura media mensual y de los porcentajes de horas del día con relación a las del año) El factor f se puede calcular para aquellas regiones donde se dispone de registro de temperaturas medias mensuales las que se deberán utilizar con los porcentajes de horas que están indicadas en la siguiente tabla 12. La ubicación de El Salvador es de 13o 40” 18’, esto nos proporciona el siguiente porcentaje mensual de horas del día con relación a las del año. ENE FEB MAR ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOS SEPT OCT NOV DIC 7.08 7.39 8.43 8.44 8.90 8.73 8.99 8.79 8.28 8.28 7.85 8.04 Tabla 12 17 UNICEF, Programa Subregional de Agua, Saneamiento y Educación Ambiental para Centroamérica - 109 - En consecuencia el uso consuntivo U se tiene multiplicando F por el coeficiente empírico K para determinado cultivo. Esta relación permite el cálculo del uso consuntivo en cualquier lugar del mundo, para pequeños cultivos. En la siguiente tabla aparecen algunos valores del coeficiente K para cultivos más comunes en la zona de Santa rita Cimarrón. Cultivo Duración normal del periodo de desarrollo de los cultivos coeficiente (K) de uso consuntivo o evapotranspiración Cacao 1 año completo 0.60 a 0.70 Plátanos 1 año completo 0.60 a 0.70 Maíz 4 meses 0.75 a 0.85 hortalizas 2 a 4 meses 0.60 a 0.70 Fríjol 3 meses 0.60 a 0.70 Sorgo ( Maicillo) 4 a 5 meses 0.70 a 0.80 Naranja y Limón 1 año completo 0.45 a 0.55 Arroz 3 a 5 meses 0.65 a 0.75 Tabla 13 Los valores altos de k corresponden a los lugares áridos mientras que los valores bajos son para zonas húmedas, por lo que se consideraran los valores bajos. Utilizando las formulas de evapotranspiración con los valores de f y K, y suponiendo un valor de temperatura promedio de 30o C se pude calcular la tabla 14. - 110 - Cálculo de evapotranspiración para cada mes del año para EL Salvador Cultivo K ENE FEB MAR ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOS SEPT OCT NOV DIC Factor F 7,08 7,39 8,43 8,44 8,9 8,73 8,99 8,79 8,28 8,28 7,85 8,04 Para el Fríjol 0,6 92,78 96,84 110,47 110,60 116,63 114,40 117,80 115,18 108,50 108,50 102,87 105,36 Cacao 0,6 92,78 96,84 110,47 110,60 116,63 114,40 117,80 115,18 108,50 108,50 102,87 105,36 Plátanos 0,6 92,78 96,84 110,47 110,60 116,63 114,40 117,80 115,18 108,50 108,50 102,87 105,36 Maíz 0,75 115,97 121,05 138,08 138,25 145,78 143,00 147,26 143,98 135,63 135,63 128,58 131,70 hortalizas 0,6 92,78 96,84 110,47 110,60 116,63 114,40 117,80 115,18 108,50 108,50 102,87 105,36 Maicillo 0,7 92,78 96,84 110,47 110,60 116,63 114,40 117,80 115,18 108,50 108,50 102,87 105,36 Naranja y Limón 0,45 69,58 72,63 82,85 82,95 87,47 85,80 88,35 86,39 81,38 81,38 77,15 79,02 Arroz 0,65 100,51 104,91 119,67 119,81 126,34 123,93 127,62 124,78 117,54 117,54 111,44 114,14 Tabla 14 Las datos sombreados son los correspondientes a la época de invierno, fechas en las cuales no se necesita riego salvo en años de sequía. Sabiendo que un mm de altura de agua es equivalente a un volumen de un litro por metro cuadrado (1 mm = 1 Lt / m2), los valores de u, en mm / mes, se transforman en lt / m2 / mes. Con éstos datos podemos calcular cuanta agua por metro cuadrado por temporada necesitamos para los diferentes cultivos presentados en la tabla 14: Cultivo K Temporada Demanda en litros por m2 por temporada Fríjol 0,6 3 meses 294,98 Cacao 0,6 1 año 618,92 Plátanos 0,6 1 año 618,92 Maíz 0,75 4 meses 497,3 hortalizas 0,6 2 a 4 meses 397,85 Sorgo o Maicillo 0,7 4 a 5 meses 522,08 Naranja y Limón 0,45 1 año 464,18 Arroz 0,65 3 a 5 meses 565,57 Tabla 15 Se ha seleccionado los meses desde Noviembre por ser los meses con menor demanda de - 111 - agua. Si se construyeran muros para crear los diques sugeridos en las figuras 23 y 24 se lograría captar: Dique 1 : presa con capacidad para captar 12,000 m3 de agua aproximadamente, la zona oscura marcada en la figura 23 corresponde a un dique con un muro de 30 m de largo por 15 m de altura en su parte media, Dique 2: presa con capacidad para captar 15,000 m3 de agua aproximadamente, la zona oscura superior marcada en la figura 24 correspondiente a un dique con muro de 40 m de largo por 10 m de altura en su parte media, Dique 3 : presa con capacidad para captar 7,500 m3 de agua aproximadamente, la zona oscura media marcada en la figura 24 correspondiente a un dique con un muro de 20 metros de ancho por 10 de altura en su parte media, Dique 4 : presa con capacidad para captar 14,000 m3 de agua aproximadamente, la zona oscura inferior marcada en la figura 24 correspondiente a un dique con un muro de 35 metros de ancho por 9 de altura en su parte media, Sumando la capacidad de los diques obtenemos aproximadamente 48,500 m3 de agua, o sea 4,8000,000 Ltr3, por lo que podemos calcular el área posible a irrigar utilizando la tabla anterior, así: - 112 - Cultivo K Duración Demanda en litros por m2 por temporada Agua almacenada Área a irrigar en m2 Fríjol 0,6 3 meses 294,98 48,500,000 164,417 Cacao 0,6 1 año 618,92 48,500,000 78,362 Plátanos 0,6 1 año 618,92 48,500,000 78,362 Maíz 0,75 4 meses 497,3 48,500,000 97,526 hortalizas 0,6 2 a 4 meses 397,85 48,500,000 12,190 Sorgo o Maicillo 0,7 4 a 5 meses 522,08 48,500,000 92,897 Naranja y Limón 0,45 1 año 464,18 48,500,000 104,485 Arroz 0,65 3 a 5 meses 565,57 48,500,000 85,754 Tabla 16 Actualmente en la zona solamente se obtienen ingresos del cultivo de Maíz, Fríjol y ganado 18, ya que lo accidentado del terreno y la calidad de la tierra no permite el cultivo de otras variedades, muchos terrenos son utilizados para pastoreo de ganado vacuno, o se dejan poblar de vegetación para una futura extracción de leña dejándola descansar para ser cultivadas en el futuro. De lo anterior podemos deducir que con la capacidad de agua total antes mencionada se podrían irrigar 16.4 Manzanas (164,417 m2) de terreno, cultivadas de fríjol durante los meses de Noviembre a Enero ya que la demanda de agua de dicho cultivo durante estos meses es 294.98 litros / m2 o Irrigar 7.83 (78,362 m2) Manzanas de Maíz durante los meses de Noviembre a febrero con una demanda de 618.92 Lt / m2. Estos datos no quieren decir que únicamente se podrá cultivar maíz o Fríjol, si no, una combinación de ambos, además se abre la posibilidad de cultivar otras especies como hortalizas, frutas, etc. además existe la posibilidad de cultivar de peces. A continuación se señala la ubicación de los cultivos: 18 Diagnostico Socioeconómico realizado por PROCOM, enero de 2001 - 113 - Figura 25 Las zonas más oscuras presentan las zonas donde están ubicados los diques mientras que las zonas menos oscuras donde se siembra el maíz y fríjol. Las zonas no sombreadas representan aquellas zonas dedicadas a la pastoreo de ganado y zonas para extraer leña. La ubicación de los diques para posibilitar el cultivo durante las épocas secas nos limita la cantidad de área a cultivar debido a que la mayoría de tierras fértiles están relativamente elevadas, y la construcción de grandes diques en zonas de difícil acceso es muy costosa. Por lo que, no se pretende cultivar todo en su totalidad, pero si proporcionar una alternativa para cultivar algunas regiones en épocas secas. - 114 - Propuesta del tipo de cortina o muro de contención Existen varios tipos de presas, las cuales pueden reducirse o clasificarse en cuatro tipos generales:  Presa flexible, de tierra o de enrrocamiento  Tipo de pantalla o hueca, de hormigón armado  Tipo de arco elástico  Tipo de gravedad La elección del tipo de cortina o presa esta condicionado al precio y facilidad de obtención de los materiales de construcción, las condiciones de solidez y compactación del suelo de fundación y, por la altura de la presa y la seguridad exigida por las regiones habitadas aguas debajo de la misma. Nominalmente no existe un límite para la altura de las presas, pero es obvio que económicamente solo pueden lograrse las mayores alturas con los tipos de diques más sólidos. En consecuencia, se construirán las presas siempre que la disponibilidad y precios de los materiales lo permitan, presas de relleno en suelos de grava cementada, arena o arcilla; y presas de fabrica en fundiciones rocosas. La altura de la presa, a parte de la influencia que tiene en la economía del conjunto, según el tipo de dique, es importante en cuanto a la adaptabilidad de éste a una clase dada de fundación, así: presas de gravedad bajas, hasta de 8 m de altura, por ejemplo pueden asentarse sobre suelos de limo o arena fina; de 9 hasta 20 m, sobre lechos de grava o de arena gruesa compacta; y de 20 a 160 m sólo sobre roca sólida. Procedimiento de construcción Podrían realizarse también pequeñas presas individuales según la necesidad y la ubicación de los terrenos. Es necesario en primer lugar seleccionar el lugar mas apropiado, tipo garganta o el lugar mas estrecho según la topografía de la zona, es de hacer notar que si el lugar es rocoso en ambos extremos, favorece a la construcción y minimiza los costos. - 115 - Una vez seleccionado el lugar donde se va a construir la presa, hay que cavar al menos un tercio de la altura vista de la presa (muro), el muro pude ser entre 1.5 y 4.0 mts. ancho, la tierra que va saliendo se traslada hacia el lado contrario de donde se va a captar el agua como una contra fuerza de tierra para ayudar a sufragar el volumen que se espera recolectar en la época de lluviosa. Al mismo tiempo se instala en el tope del muro una tubería de al menos 12” de diámetro con el objeto de drenar los residuos y materia orgánica que se acarrea en el río crecido al bajar el agua con las primeras lluvias, la limpieza o el desagüé deberá realizarse en los dos primeros años, después de éstos talvez no sea necesario hacerlo sino cada dos o tres años. Una de las ventajas de detener el agua de esta manera es que no se detiene el flujo del río, ya que una vez llenada la presa, el excedente fluye sobre el tope de la presa, por otro lado la no permeabilización de la tierra permite la infiltración lo cual beneficia a la zona y a las fuetes de aguas abajo se alimentan. Figura 26 H2O 6 m 2 m  2 m Saltex Columna de refuerzo Muro de piedra Tubería de desagüe - 116 - Costos aproximados de los materiales y mano de obra Los costos de construcción de la presa pueden variar dependiendo del acceso para transportar los materiales y sobre todo por el tamaño de la misma. Como un parámetro utilizaremos la experiencia de unas presas construidas en Miramundo, La Palma a 2,200 m.s.m. Los materiales y costos de los mismos se presentan a continuación: Arena (m3) ¢ 140.00 Saltex (Unidad) ¢ 1.50 Bolsa de cemento ¢ 40.00 Piedra lisa (m3) ¢ 400.00 Muro de piedra (M3) ¢ 350.00 Mano de obra ¢ 50.00 M3 - 117 - CAPTACIÓN DE AGUAS PARA CONSUMO HUMANO Ubicación de los nacimientos En la figura siguiente se presentan marcados los afluentes de agua de los cuales la población de Santa Rita Cimarrón extrae el agua para consumo humano y diferentes tareas domesticas. A B C Figura 27 - 118 - El primer nacimiento y de mayor importancia “A”, conocido comúnmente como los Manzanos, es el nacimiento que está ubicado a mayor altura, entre 890 a 930 snm, consiste en una pequeña quebrada que baja de la cima del cerro Rancho Quemado, a lo largo de unos 60 m, los pobladores han distribuido una serie de cajas de recolección de agua, cada una posee un diferente propietario que hace llegar el agua por gravedad hacia su casa, utilizando mangueras. El segundo nacimiento “B” que esta ubicado a una altura inferior que el anterior a unos 880 snm, consiste en unas pocas cajas recolectoras de agua las cuales suplen poca cantidad de agua capaz de llenar durante el día unos 5 m3, pero que permanecen toda la época del año. Y un tercer nacimiento “C”, que esta ubicado en el costado norte de la cancha de fútbol, a una altura de 865 metros snm, consistente en un tanque recolector ubicado bajo tierra y del cual brotan el agua por medio de una tubería de PVC de 2 “ de diámetro. Existen otros pequeños nacimientos de agua muy por debajo de la altura en que se encuentra ubicada Santa Rita Cimarrón, por lo que un bombeo de agua desde dichos nacimientos sería muy costoso. Medición y cálculo estimado de los flujos de agua en los nacimientos Como se hizo mención anteriormente existen tres nacimientos, pero estos, como es natural, no poseen un flujo continuo de agua, si no; este va disminuyendo substancialmente a medida que avanza la época seca, por lo que se nos hace difícil medir la cantidad de agua que estos emanan. Además, el difícil y retirado acceso al lugar nos dificulta llegar al lugar con la frecuencia suficiente para realizar un monitoreo adecuado del flujo de agua que fluye de dichos nacimientos. - 119 - Demandas de agua estimadas para la población según datos de ANDA Según ANDA, la dotación total de agua en la zona urbana oscila entre 80 a 350 litros por persona por día (l/p/d) sin tomar en cuenta, el consumo comercial, público, etc. y un 20 % para fugas y desperdicios. Pero específicamente, la dotación total urbana debe de ser mayor o igual 220 l/p/d. Tabla de Consumos específicos:  Dotación total urbana  220 l/p/d  Locales comerciales 20 l/m2/d  Hoteles 500 l/hab/d  Pensiones 350 l/hab/d  Restaurantes 50 l/m2/d Escuelas  Externos 40 l/alumno/d  Internos 200 l/p/d  Personas no residentes 50 l/p/d Hospitales  600 l/cama/ Clínicas  Medicas 500 l/consultorio/d  Dentales 1000 l/consultorio/d Vivienda  Mínima 80 – 125 l/p/d  Media 125 – 175 l/p/d  alta 175 – 350 l/p/d Otros  Jardines 1.5 l/m2/d  Cantareras  30 l/p/d - 120 - Es decir que para poder suplir la demanda a Santa Rita Cimarrón con una población de 480 personas, se necesitarían 105,600 litros por día. Pero como se verá más adelante, el agua que emana de los nacimientos de agua es mucho menor, por lo que se espera suplir en parte dicha demanda, por lo menos en las necesidades más básicas, por lo que en la propuesta se distribuirá el agua por medio de cantareras para la cual utilizaremos la demanda de 30 l/p/d, por lo que se necesitaran solamente 14,400 litros diarios. SISTEMAS DE IMPULSIÓN El desarrollo tecnológico al que asistimos durante los últimos tiempos, producción masiva de productos industriales a bajo costo, agregado a la electrificación rural, abren enormes perspectivas a la agricultura. En este contexto, la tecnificación del riego no ha estado ajena a este proceso existiendo hoy día un enorme desarrollo y numerosas alternativas al alcance de los agricultores. El uso eficiente de lo recursos hídricos se ha propuesto difundir a un amplio público las técnica actuales disponibles y la operación de los sistemas de riego19. En áreas de escasez de recursos hídricos como son la zona norte, el riego tecnificado alcanza a un cuarto de la superficie regada, pero desafortunadamente concentrada casi exclusivamente en el sector de agricultura empresarial, por lo que estamos ante un gran desafío para integrar a la pequeña y mediana agricultura a este proceso. Un sistema de impulsión consiste básicamente en captar agua desde un determinado lugar y elevarla o impulsarla a otro punto, ubicado por lo general a un nivel más alto. Al momento de realizar el diseño de un sistema de impulsión, se deben tener presentes múltiples factores como por ejemplo; disponibilidad de artículos en el mercado, costos, calidad, garantía de los elementos, forma de instalación, etc. los que indicarán las dimensiones más apropiadas de los elementos a utilizar, en especial las características y dimensiones de la bomba y tuberías. 19 Sistemas de Impulsión, Claudio Crisóstomo Fonseca, Ing. Civil Agrícola, Universidad de Concepción - 121 - Tipos de bombas Existen tres tipos de bombas comúnmente usadas en la captación de aguas: 1) Centrífugas o radiales 2) Axiales o helicoidales 3) De flujo mixto Bombas centrífugas o radiales Son las más populares y a veces las únicas existentes en el mercado. Se caracterizan por hacer uso de la fuerza centrífuga para impulsar el agua; razón por la cual, el agua sale perpendicular al eje de rotación del alabé o rodete. Este tipo de bomba proporciona un flujo de agua suave y uniforme. Se adapta a trabajos a velocidades altas, las que son normales en motores eléctricos. Son especialmente indicadas para elevar caudales pequeños a gran altura. Las partes de una bomba se muestran en la figura 28. - 122 - Partes de una bomba Figura 28 Bombas axiales o helicoidales No hacen uso de la fuerza centrífuga para elevar el agua, sino que empujan el agua tal como un ventilador impulsa el aire que lo rodea, razón por la cual el agua sale paralela al eje de rotación del impulsor. Son especialmente indicadas, para elevar grandes caudales a baja altura, pudiendo elevar hasta 11 m3/seg. a alturas de 1 a 6 metros. Bombas de flujo mixto Para aprovechar las ventajas de sencillez y poco peso de las bombas helicoidales y aumentar la altura de elevación, se modifica la forma de los alabes de la hélice, dándoles una - 123 - forma tal que imparten al agua una cierta fuerza centrífuga. Alcanzan su mejor rendimiento con gastos entre 30 y 3,000 litros / segundo y alturas de elevación de 3 a 18 m. Casi la totalidad de las bombas comercializadas corresponden a las del tipo centrífuga, existiendo modelos específicos para caudal y otros para altura de presión. Cálculo de la manométrica o dinámica (H) La presión de una bomba o energía mecánica transmitida al líquido debe ser tal, que permita al agua vencerlos siguientes factores:  La altura estática (diferencia de nivel entre la toma y entrega del agua).  Las pérdidas de carga por fricción del fluido con la tubería (HF).  Pérdidas por singularidades o accesorios (Hs).  Los requerimientos de presión si, por ejemplo, se hace funcionar un equipo de riego presurizado (P).  La altura representativa de velocidad (V2/2g). Altura estática Se denomina altura estática (figura 29) a la diferencia de altura entre el punto de toma de agua y donde se entrega. Se divide en: a) Carga estática de aspiración. b) Carga estática de elevación. - 124 - Esquema de carga dinámica en un sistema de bombeo Figura 29 En los siguientes puntos se explicarán las diversas metodologías para el cálculo de la carga dinámica, la cual estará compuesta por las pérdidas por fricción, singularidades, altura de velocidad y presión de trabajo de los accesorios que se incluyan en la red de impulsión. Pérdidas por fricción (HF) Pérdida por fricción se define a la pérdida de energía producto de la resistencia que la cañería opone al paso del agua. La fórmula general tiene la siguiente expresión: HF =J*L - 125 - Donde: J = Pérdidas de carga por cada metro de tubería, expresada en metros. L = Longitud de la cañería de conducción, en metros. Puede calcularse utilizando la ecuación de Hazen y Williams, la cual es la más ampliamente utilizada: J= Q1.85/ (0.28*C)1.85 * d4.86 Donde: Q = Caudal a transportar (m3/seg.) d = Diámetro interior de la tubería (m). C = Coeficiente de rugosidad de Hazen y Williams. Estas pérdidas deben calcularse para la sección de aspiración y elevación respectivamente, teniendo en consideración lo siguiente:  No confundir la altura de aspiración, que va desde el nivel del agua hasta el eje de la bomba con la longitud de la tubería de aspiración que es el recorrido desde el chupador hasta la entrada a la bomba.  No confundir la altura de elevación, que va desde el eje de la bomba hasta e punto donde se entregará el agua con la longitud de la tubería de elevación, que es el recorrido desde la salida de la bomba hasta donde se entregará el agua. Descripción de los materiales Coeficiente de Hazen – Williams PVC 150 Acero 140 Asbesto Cemento 135 Hormigón Vibrado 130 Plástico Corrugado 125 Polietileno 120 Coeficiente de rugosidad de Hazen – Williams para diferentes materiales Tabla 17 - 126 - Ejemplo 1. Determinar la pérdida de carga en una tubería de 100 metros de largo de acero de 120 mm de diámetro interior, en la cual se transportan 17 lt/s (1 m3 = 1000 litros) De la tabla 17 se obtiene que el coeficiente de rugosidad de Hazen y Williams para el acero, el cual es 140, por lo tanto, la expresión queda escrita como: J= Q1.85/ (0.28*C)1.85 * d4.86 J= 0.00171.85/ (0.28*140)1.85 * 0.1204.86 = 0.0179 [m/m] Esto significa que se pierden 1, 7 cm de presión por cada metro de tubería. En este caso se utilizan 100 m de tubería, por lo tanto, la pérdida de energía por fricción es de 1, 7 m. Una tabla simplificada de pérdidas de carga para tuberías de PVC, para distintos caudales es la siguiente: Diámetro Nominal en mm Q [lt/s] Q [lt/min] 20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 1 60 1.114 .318 .092 .029 .0096 .003 .0013 .0006 .0002 1E- 04 6E-05 5 300 21.88 6.25 1.807 .571 .1888 .061 .0263 .0108 .0041 .002 .0013 10 600 78.89 22.53 6.5142 2.058 .6808 .221 .0949 .039 .0148 .008 .0046 15 900 167 47.71 13.792 4.356 1.4414 .467 .2009 .0826 .0313 .017 .0097 20 1200 284.4 81.23 23.484 7.418 2.4543 .795 .3421 .1407 .0533 .029 .0164 25 1500 429.7 122.7 35.485 11.21 3.7086 1.201 .5169 .2126 .0805 .043 .0249 30 1800 602.1 172 49.721 15.7 5.1963 1.683 .7242 .2979 .1128 .06 .0348 35 2100 800.8 228.7 66.128 20.89 6.911 2.239 .9632 .3962 .15 .08 .0463 40 2400 1025 292.8 84.659 26.74 8.8476 2.866 1.2332 .5072 .1921 .103 .0593 45 2700 1275 364.1 105.27 33.25 11.002 3.564 1.5334 .6307 .2389 .128 .0737 50 3000 1549 442.5 127.93 40.41 13.369 4.33 1.8634 .7664 .2903 .156 .0896 55 3300 1848 527.8 152.59 48.2 15.947 5.165 2.2227 .9142 .3462 .186 .1069 60 3600 2171 620 179.24 56.62 18.733 6.068 2.6109 1.0738 .4067 .218 .1255 Tabla 18 - 127 - Pérdidas Singulares (Hs) Las pérdidas singulares o menores, son pérdidas de energía que se producen por la instalación de accesorios, tales como llaves, codos, válvulas, manómetros, etc, en el trazado de un sistema de presión. Estas se calculan mediante la expresión : Hs =  [K*V2 / 2*g] Donde: Hs = Pérdidas singulares o menores (m). V = Velocidad de circulación del agua (m/s). g = Aceleración de gravedad (9,8 m/s2). K = Constante adimensional de coeficiente de resistencia que depende de los accesorios que se contemplan en el diseño. Accesorio Coeficiente k Codo 90º 0.90 Válvula de pie 2.50 Lave de compuerta abierta 25% 24.00 Lave de compuerta abierta 50% 5.60 Lave de compuerta abierta 75% 1.15 Lave de compuerta abierta 100% 0.19 Válvula de globo abierta 10.0 Válvula de no retorno 2.50 Contracción brusca Фin / Фout 0.25 0.42 Фin / Фout 0.50 0.32 Фin / Фout 0.75 0.19 Expansión brusca - 128 - Accesorio Coeficiente k Фin / Фout 0.25 0.92 Фin / Фout 0.50 0.56 Фin / Фout 0.75 0.19 Tee 1.80 Codo 45º 0.42 Codo cuadrado 1.80 Coeficientes de pérdida de carga K para singularidades Tabla 19 Ejemplo 2: Calcular la pérdida de energía que se produce en un codo de 90° en una tubería de 75 mm de diámetro interior en la cual se transportan 6,6 lt/seg. de agua. Se debe calcular la velocidad de escurrimiento del agua en esa tubería, de acuerdo a la siguiente fórmula: V = 4*Q / *d2 Donde: Q = Caudal (m cúbicos/s). d = Diámetro interior de la tubería (m). V = Velocidad de escurrimiento (m/s). Reemplazando se tiene que: V = 4*0.0066 / *(0.075)2 = 1.49 m/s Reemplazando la velocidad obtenida anteriormente en la fórmula de pérdida de energía singular y utilizando el coeficiente de un codo de 90º de la tabla 19, se obtiene que la pérdida de energía singular es: - 129 - Hs = 0.9*1.492 / 2*9.8 = 0.10 m Por lo tanto la pérdida de energía ocasionada por un codo de 90º es de 0,10 m para las dimensiones y caudales indicadas en el encabezado del ejemplo. Requerimientos de presión (P) del sistema Es la presión mínima que se requiere, para que un determinado sistema funcione. Se expresa en metros de columna de agua ( mca ), y vale cero, si la bomba descarga a través de la tubería libremente hacia la atmósfera. Si la bomba debe llenar un estanque a presión, o mover un aspersor, o salir a través de un gotero, se debe considerar la presión de trabajo de estos elementos de riego. Altura representativa de velocidad (V2/2g) Corresponde a la energía cinética del agua dentro de la tubería, que depende de la velocidad del agua. Se relaciona con la velocidad de salida del agua desde la tubería. Su valor, se expresa en mca Para efectos de diseño ésta se suma a los requerimientos de presión del sistema, con el fin de obtener la Altura Manométrica Total. Fenómeno de aspiración Una bomba puede, teóricamente aspirar agua desde 10,33 metros de profundidad, que es el equivalente a una atmósfera de presión (o vacío); esto significa que la máxima distancia a la que puede colocarse la bomba sobre la superficie de agua libre es de 10,33 m a 45° de latitud a nivel del mar. En la práctica, esta altura de succión es menor debido a factores como: la altura de instalación respecto al nivel del mar, a la tensión de vapor de agua, a la altura neta de - 130 - succión positiva (NPSH) y a las pérdidas por fricción del agua en la tubería de aspiración, entre la válvula de aspiración y el eje de la bomba. El eje de la bomba, debe quedar ubicado a una altura menor que la calculada como altura de succión máxima, desde el espejo de agua hasta el eje de la bomba, debido a que se deben prever los posibles descensos del nivel del agua, con el potencial riesgo de dejar colgado al equipo. Si un equipo de bombeo opera sin succionar agua, se corre el riesgo de quemar los sellos de la bomba. Altura teórica de succión La altura teórica de succión varía con la altitud y latitud. Para condiciones generales se tiene la siguiente tabla : Altitud sobre el nivel del mar (m) Altura teórica de succión (mca) 0 10.0 1000 9.2 2000 8.1 3000 7.2 4000 6.3 Altura de succión máxima teórica, en función de la altitud sobre el nivel del mar Tabla 20 Para los distintos tipos de bombas comerciales se recomiendan las siguientes alturas máximas de succión: Bombas centrífugas: entre 5 y 7 m Bombas tipo Jet o autocebantes: entre 8 y 9 m - 131 - Potencia de la bomba La potencia en el eje de la bomba considerando su eficiencia, es aquella que corresponde cuando ésta trabaja para elevar una determinada masa de agua por unidad de tiempo, comunicándole una cierta presión al fluido para vencer la carga manométrica (H). De este modo, las expresiones para calcular la potencia de la bomba son: HP= Q*H / 75* kW= Q*H / 102* Donde: HP = Potencia consumida por la bomba (o potencia en el eje de la bomba), (HP) KW = Potencia consumida por la bomba (o potencia en el eje de la bomba), (KW) Q = Caudal elevado (lt/s) H = Carga total o dinámica (m) N = Eficiencia de la bomba, 0< n < 1 Observación: 1 HP = 745 Watts Ejemplo 3: Se desean elevar 15 lt/seg. con una carga manométrica total de 25 m y un eficiencia de la bomba de 85% (0,85). La potencia calculada es: Potencia Motor = Potencia Bomba / motor Donde motor = Eficiencia del motor La bomba seleccionada deberá tener una potencia de por lo menos 6 HP, con el propósito de no sobrecargarla durante su funcionamiento. La potencia comunicada a la bomba es proporcionada por una máquina motriz, la cual en su eje, deberá entregar una potencia efectiva igual o mayor a la requerida por roce y otras; la del motor se determina por la siguiente expresión: - 132 - HP= 15*25 / 75*0.85= 5.9 kW= 15*25 / 102*0.85= 4.3 El valor de la potencia del motor eléctrico, indica la potencia absorbida en la red y que es aproximadamente un 20% mayor que las necesidades de la bomba. Esto en atención a que las eficiencias de los motores eléctricos, oscilan alrededor del 84% (i7=0,84); en cambio los de combustión interna tienen una eficiencia variable, según su antigüedad y forma de utilización, siendo substancialmente menor a la de los motores eléctricos. La eficiencia promedio de motores a combustión interna depende directamente del caudal y altura dinámica total del sistema situándose cercanos al 60% (i7=0,60). Nota: Todas las tablas de selección de equipos, vienen con la corrección por eficiencia del motor incorporada, no siendo necesario volver a considerarla. Curvas características Son curvas entregadas por los fabricantes de equipos de impulsión, con el propósito de seleccionar el equipo más adecuado, a cada necesidad en particular. Cada bomba está diseñada para condiciones determinadas respecto a caudal, altura de elevación, potencia y velocidad. La bomba transmite energía mecánica al fluido transportado, que le permite ser elevado desde el punto de captación al de entrega, considerando las pérdidas en la tubería y en los accesorios. Además de ser necesario, deberá dar la presión requerida si el sistema de entrega de agua es por aspersión o goteo. Esta energía se mide en metros de columna de agua (mca) y se denomina altura de presión (H). En general, podemos decir que las bombas centrífugas obtienen su máxima eficiencia, al elevar poco caudal a gran altura y que si se disminuye la altura de elevación, aumentará el caudal, disminuirá la eficiencia de la bomba y aumentarán los requerimientos de potencia. - 133 - De las bombas helicoidales es posible decir, que la máxima eficiencia es lograda cuando se eleva agua a poca altura y que al aumentar la altura de elevación, disminuye el caudal, aumentando la potencia consumida, lo cual implica que se puede quemar un motor eléctrico o sobre calentar un motor de combustión. Actualmente, los suministrantes de bombas proveen al comprador un software para calcular la bomba más apropiada según los resultados obtenidos en las pruebas de sus equipos en los laboratorios. Se deben tener además la siguientes consideraciones:  Si al seleccionar un tipo de bomba desde un catálogo, los valores de caudal que entrega esa bomba no satisfacen la altura manométrica necesaria, se debe descartar esa bomba y buscar otro tipo.  Si se satisfacen los requerimientos de caudal y altura manométrica, pero los valores de eficiencia son muy bajos, se debe descartar esa bomba y buscar una que entregue un valor de eficiencia mayor.  La potencia requerida por el sistema pueda ser abastecida con las fuentes energéticas disponibles, es decir, electricidad mono o trifásica, potencia. Conexión de bombas De acuerdo a los requerimientos de presión y caudal del sistema en que se pretenda instalar la planta de bombeo, es importante tener presente que las bombas pueden ser conectadas de dos formas específicamente: en serie o en paralelo. Bombas en serie Utilizando este sistema se puede lograr una mayor altura de elevación, manteniendo constante el caudal (Q) como se detalla a continuación y la cual se puede apreciar en la figura 30. La característica fundamental se encuentra en que el caudal que eleva la primera bomba es captado por la segunda y el que ésta eleva es impulsado por la siguiente, lo que puede en teoría ocurrir en varias oportunidades, con el propósito de aumentar la altura de - 134 - elevación. Se recomienda utilizar bombas de la misma potencia para completar el sistema; cada una de estas bombas, deberá estar situada de manera que trabajen a la misma carga total, es decir, que cada una de ellas eleven agua a la misma altura manométrica total. Figura 30 Bombas en Paralelo Con esta conexión, se logra aumentar el caudal de entrega tal como se muestra en la siguiente figura 30. La bomba que entrega la menor altura de elevación, será la utilizada para el diseño del sistema en paralelo Consiste básicamente, en colocar 2 o más bombas a aspirar desde un mismo lugar, con el propósito de aumentar el caudal elevado (figura 31). - 135 - Figura 31 Consideraciones generales sobre instalaciones y funcionamiento Cavitación El proceso de cavitación se presenta esencialmente en aquellas zonas en que ocurre alta velocidad del agua, tales como, codos, reducciones y venturímetros entre otros. Lo podemos caracterizar como la reducción de la presión en un líquido, seguido de la creación de cavidades en el líquido que fluye. Estas cavidades aumentan de tamaño y luego se cierran muy rápidamente, produciendo sacudidas violentas dentro de la tubería. Generalmente, se originan daños considerables en las superficies metálicas de la región donde se produce el fenómeno. Se destaca por la pérdida de eficiencia de la máquina y la aparición de ruidos y vibraciones. En bombas, este problema puede ser reducido disminuyendo la altura de succión hasta, los 5 o 7 metros como máximo. Golpe de ariete Cuando se interrumpe el flujo de agua en una tubería debido a cierres bruscos de válvulas, y/o cortes súbitos de energía, se producen variaciones en la presión, que afecta a las paredes de la cañería. A esta presiones, se les denomina golpe de arietes; su efecto puede atenuarse utilizando válvulas de seguridad y dispositivos reguladores de presión. Si no - 136 - existen estos elementos, es posible disminuirlo, cerrando lentamente la válvula de paso, ubicada inmediatamente después de la bomba. Cebado Este proceso consiste en llenar de agua la tubería de succión y la carcaza de la bomba, con el propósito de provocar la succión del agua; evitando que queden bolsas de aire en su interior. El llenado con agua se realiza, a través de despiche o directamente a través del chupador. En las bombas denominadas autocebantes, este proceso no es necesario. Potencia para bombas eléctricas Si la potencia del motor es superior a los 3 HP (2,2 KW), se debe contemplar la instalación de una red trifásica, debido a que se produce un alto consumo de energía durante el arranque o partida de la bomba. Estimación del diámetro En primer lugar, se debe estimar el diámetro para el sistema de impulsión, utilizando la siguiente expresión: De acuerdo a las disponibilidades de bombas comerciales, se debe seleccionar un diámetro de aspiración y elevación coherente con la oferta de equipos. Pérdidas De energía por fricción La longitud de la tubería para este ejemplo es de 40 m, por lo que las pérdidas Por fricción son las siguientes: Caudal : 0, 0025 m3/s - 137 - Diámetro interior : Se calcula restando el espesor de paredes, para el diámetro y clase de material elegido. Reemplazando los valores en la fórmula de pérdidas por fricción de Hazen y Williams. Como la longitud de la tubería es de 40 m, la pérdida por fricción es de 1,84 m. Singulares Las pérdidas singulares deben ser calculadas para cada uno de los accesorios que se incorporen, tanto para la sección de elevación, como aspiración. Accesorios de aspiración: Como mínimo se deben contemplar, los siguientes accesorios: Válvula de pie K = 2,5 Codo de 900 K= 0,9 Accesorios de elevación: Codo de 90° K= 0,9 Válvula de no retorno K = 2,5 Por lo tanto, para calcular las pérdidas por singularidades, se debe estimar la velocidad de escurrimiento al interior de la cañería. Si se utilizan distintos diámetros para aspiración y elevación, se debe calcular la velocidad para cada uno de ellos. Presión del sistema El sistema del ejemplo bombea agua desde un pozo, por lo tanto, se requiere un filtrado utilizando un filtro de arena y otro de malla antes de ser acumulada para su posterior utilización. Filtro de arena = 3 m Filtro de malla = 5 m Se eligen los valores más altos para asegurar el buen funcionamiento del diseño, debido a que la bomba debe ser capaz de superar la pérdida de carga originada por las impurezas acumuladas en los filtros, cuando éstos están sucios. Presión de trabajo = 5 + 3 = 8 m - 138 - Altura de velocidad Este valor se debe sumar a los anteriormente calculados, para obtener la Energía de la Bomba o Altura Manométrica Total (Hmt), pero generalmente se desprecia por ser de poca magnitud, comparado con los otros factores que intervienen en dicho cálculo. Energía de la Bomba Finalmente la energía de la bomba se debe calcular de la siguiente manera: EB =DESNIVEL + HF+ Hs + PTRABAjo + Hv Donde: EB = Energía de la bomba o altura de carga manométrica total (m) Desnivel = Diferencia de cota entre el nivel del agua en la captación y el punto de entrega del agua (m) HF = Pérdidas de energía debido a la fricción (m) Hs = Pérdidas de energía debido a singularidades (m) Hv = Altura de velocidad (m) Ptrabajo = Presión de trabajo de los accesorios considerados (m) Finalmente: EB = 20 + 1,84 + 0,76 + 8 + 0,11 = 30,71 m Con este valor calculado se debe seleccionar el tipo de bomba más adecuado, lo cual será realizado a continuación. Accesorios mínimos que se deben considerar en un sistema de impulsión Sección de aspiración  Chupador  Válvula de pie En el caso de utilizar PVC específicamente, se recomienda además de los ya mencionados: - 139 -  Codos  Uniones americanas  Terminales HE de la medida de la entrada a la bomba y válvula de pie En el caso de utilizar plansa o polietileno (PE) o tubería corrugada específicamente, se recomienda además de los ya mencionados o Uniones PE – PVC Sección de elevación  Terminal HE a la salida de la bomba.  Unión americana para poder desmontar la bomba, sin desarmar toda la estructura.  Filtros (en el caso de sistemas de riego presurizados o de consumo humano).  Válvula de retención.  Codos.  Otros. En el caso de requerir la utilización de tuberías de acero, estas pueden ser unidas a las de PVC, utilizando conectores denominados bushings, que se compran de acuerdo a la medida de las tuberías a unir. - 140 - PROPUESTA DEL EQUIPO DE BOMBEO Figura 32 Cabeza Máxima Total La cabeza máxima total, es la presión máxima que puede ser desarrollada por el equipo de bombeo, esta especificación por lo general se da en pies ( equivalentes a la columna de agua en pies ), como se puede ver en el concepto, la cabeza máxima es una medida de presión que no viene dada en PSI, BAR, etc. Sino como columna de agua en pies. Es importante estar consciente de ello para que no produzca una mala interpretación con las unidades mas conocidas de presión. ELEVACION ALTURA ESTATICA LONGITUD DE SUCCION LONGITUD DE DESCARGA EQUIPO DE BOMBEO VALVULA DE PIE TUBERIA DE DESCARGA TUBERIA DE SUCCION - 141 - Cabeza de Succión Neta Positiva (NPSH) NPSH, puede definirse como una cabeza en pies, capaz de llevar el liquido a través de la tubería de succión, hasta el ojo del impulsor , este es un valor muy importante, ya que los equipos están diseñados para trabajar en un rango dado de valores de NPSH. Tenemos dos tipos de valores, que son los siguientes: NPSH REQUERIDO, esta definido por las condiciones de fabricación del equipo. Estos valores difieren entre una marca y otra, ya que dependen del diseño. Por lo que el fabricante proporciona este valor. NPSH DISPONIBLE, esta en función del sistema de operación de la bomba. Este valor debe ser calculado para cada tipo de instalación de las bombas. Si se quiere que las instalaciones de los equipos operen exitosamente, es necesario que el NPSH DISPONIBLE, sea igual o mayor al NPSH requerido por el fabricante. Cuando la fuente de agua esta por encima de la bomba ( Bomba montada debajo de un tanque ). NPSH = Presión barométrica (Pies) + Cabeza estática de succión (Pies) – Perdidas por fricción en la tubería de succión ( Pies ) – Presión de vapor de liquido ( Pies). Cuando la fuente de agua esta por debajo de la bomba ( Bomba montada encima de un tanque ). NPSH = Presión barométrica (Pies) - Cabeza estática de succión (Pies) – Perdidas por fricción en la tubería de succión ( Pies ) – Presión de vapor de liquido ( Pies). Cálculo del equipo de Bombeo para el nacimiento: Los Manzanos Caudal promedio del nacimiento “ Los Manzanos ” = 70 Glns. / Minuto Caudal a ser bombeado = 60 Glns. / Minuto Velocidad media del agua dentro de la tubería = 10 Pies / Segundo ( Recomendado por el fabricante de las bombas ) - 142 - Diámetro de Tubería = 2” (Basado en la ecuación de v =Φ/A) Longitud total de descarga = 852.8 ‘ Elevación = 200.08 ‘ Cálculo de la longitud equivalente producida por las perdidas en válvulas y accesorios Item Cant. Accesorios Φ Perdida/U Perd. Tot. 1 4 Codos a 90o 2” 8.5’ 34.0’ 2 14 Codos a 45o 2” 2.7 37.8’ 3 1 Check Swing 2” 1.9 19.0’ 4 1 Válvula Gate 2” 1.5 1.5’ 5 1 Tee strainer 2” 7.7 7.7’ SUMA 100. ‘ Tabla 21 Cálculo de la cabeza Total de descarga (TDH) : Longitud equivalente = 288.64 + 146.7 = 435.34’ El factor de perdida para tubería de 2” por cada 100’ de tubería es de 24.3 ‘. Por lo tanto: Las perdidas producidas por los accesorios y la tubería en la descarga es = 435.34’ x 24.3/100 = 105.7’ Por lo que: TDH = Elevación en pies + Perdidas por accesorios en la descarga TDH = 196.8 + 105.7 = 302.5 ‘ - 143 - Cálculo de la cabeza Total de Succión (TSH): Item Cant. Accesorios Φ Perdida/U Perd. Tot. 1 1 Codos a 90o 2” 8.5’ 8.5’ 2 1 Válvula de pie 2” 46’ 46’ SUMA 54.5 ‘ Tabla 22 Longitud equivalente = 7’ + 54.5’ = 61.5’ El factor de perdida para tubería de 2” por cada 100’ de tubería es de 24.3 ‘. Por lo tanto. Las perdidas producidas por los accesorios y la tubería en la descarga es = 61.5’ x 24.3/100 = 14.94’ Por lo que: TSH = Elevación en pies + Perdidas por accesorios en la succión TSH = 1+ 14.94 = 15.94 ‘ Ya con estos datos, procedemos a uno de los dos cálculos mas importantes: Cabeza Dinámica Total: Cabeza Dinámica Total = cabeza Total de descarga (TDH) + cabeza Total de Succión (TSH) Cabeza Dinámica Total = 431.6’ + 15.94’ = 477.55’ Ahora procedemos a encontrar el segundo valor mas importante del diseño del sistema de bombeo: Cabeza de Succión Neta Positiva NPSH: NPSH = P Barométrica – Altura estática – Cabeza Total de succión – P vapor liquido = (13.3 psi ) x 2.31’/1 psi – 1’ - 15.94’ – 1.4’ = 12.38’ - 144 - CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL EQUIPO DE BOMBEO LDescarga = 260 mt. ( 852.8’ ) ELEVACIÓN = 61 mt. ( 200.08’ ) FLUJO = 60 gln./min. TUBERÍA SUCCION = 2” Acero Galvanizado TUBERÍA DESCARGA = 2” Acero Galvanizado CABEZA DINAMICA TOTAL = 477.55’ NPSH = 12.38’ H.P. BOMBA = 25 hp ØIMPELER = 7-7/8” Bronce VOLTAJE = 3Ø – 240/480 – 230/208 RPM = 3600 rpm MARCA = BERKELEY MODELO = B22P2S CATALOGO = B551665 TIPO DE SELLO = Mecánico - 145 - Cálculo de la descarga por gravedad desde los puntos 2-3 Longitud equivalente, producida por las perdidas en válvulas y accesorios Item Cant. Accesorios Φ Perdida/U Perd. Tot. 1 6 Codos a 90o 2” 8.5’ 51.0’ 2 25 Codos a 45o 2” 2.7 67.5’ 3 1 Check Swing 2” 1.9 19.0’ 4 1 Válvula Gate 2” 1.5 1.5’ 5 1 Tee strainer 2” 7.7 7.7’ SUMA 146.7 ‘ Tabla 23 Cálculo de la cabeza Total de descarga (TDH) Longitud equivalente = 623.2 - 146.7 = 476.5’ El factor de perdida para tubería de 2” por cada 100’ de tubería es de 24.3 ‘. Por lo tanto. Las perdidas producidas por los accesorios y la tubería en la descarga es = 476.5’ x 24.3/100 = 115.78’ Por lo que: TDH = Elevación en pies + Perdidas por accesorios en la descarga TDH = 229.6’ – 115.78’ = 113.82 ‘ Como la velocidad del fluido a la salida de la tubería es V = √(2gh) - 146 - G = 32.1 p/ s2 H = 113.82 p Por lo tanto: V = 60.44 p/s y el flujo es: Φ = V x A, tenemos que : 1 P3/Seg. = 449 Gln./min 1.1.1 Φ = 592.1 Gln./min Presión en la salida es: 1 psi = 2.31 pie P = 229.6’ / 2.31 pie/psi = 99.39 psi Cantarera del patio: Φ = 592.1 Gln./min @ 99.39 PSI Cálculo de la descarga por gravedad desde los puntos 2 - 4 Longitud equivalente, producida por las perdidas en válvulas y accesorios Item Cant. Accesorios Φ Perdida/U Perd. Tot. 1 10 Codos a 90o 2” 8.5’ 85.0’ 2 35 Codos a 45o 2” 2.7 94.5’ 3 1 Check Swing 2” 1.9 0.00’ 4 1 Válvula Gate 2” 1.5 1.5’ 5 1 Tee strainer 2” 7.7 7.7’ SUMA 188.7 ‘ Tabla 24 - 147 - Calculo de la cabeza Total de descarga (TDH) Longitud equivalente = 1092.24 - 188.7 = 903.54’ El factor de perdida para tubería de 2” por cada 100’ de tubería es de 24.3 ‘. Por lo tanto. Las perdidas producidas por los accesorios y la tubería en la descarga es = 903.54’ x 24.3/100 = 219.56’ Por lo que: TDH = Elevación en pies + Perdidas por accesorios en la descarga TDH = 259.12’ – 219.56’ = 39.56 ‘ Como la velocidad del fluido a la salida de la tubería es V = √(2gh) G = 32.1 p/ s2 H = 39.56 p Por lo tanto: V = 50.39 p/s y el flujo es: Φ = V x A, tenemos que : 1 P3/Seg. = 449 Gln./min 1.1.2 Φ = 493.66 Gln./min Presión en la salida es: 1 psi = 2.31 pie - 148 - P = 259.12’ / 2.31 pie/psi = 112.17 psi Cantarera de la iglesia: Φ = 493.66 Gln./min @ 112.17 PSI Cálculo de la descarga por gravedad desde nacimiento la cancha al punto 3 Longitud equivalente, producida por las perdidas en válvulas y accesorios Ítem Cant. Accesorios Φ Perdida/U Perd. Tot. 1 7 Codos a 90o 2” 8.5’ 59.5’ 2 25 Codos a 45o 2” 2.7 67.5’ 3 1 Check Swing 2” 1.9 0.00’ 4 1 Válvula Gate 2” 1.5 1.5’ 5 1 Tee strainer 2” 7.7 7.7’ SUMA 136.2 ‘ Tabla 25 Cálculo de la cabeza Total de descarga (TDH) Longitud equivalente = 547.76 – 136.2 = 411.56’ El factor de perdida para tubería de 2” por cada 100’ de tubería es de 24.3 ‘, por lo tanto: Las perdidas producidas por los accesorios y la tubería en la descarga es = 411.56’ x 24.3/100 = 100’ Por lo que: TDH = Elevación en pies + Perdidas por accesorios en la descarga TDH = 124.6’ – 100’ = 24.6 ‘ - 149 - Como la velocidad del fluido a la salida de la tubería es V = √(2gh) G = 32.1 p/ s2 H = 24.6 p Por lo tanto: V = 39.7 p/s y el flujo es: Φ = V x A, tenemos que : 1 P3/Seg. = 449 Gln./min Φ = 389.2 Gln./min Presión en la salida es: 1 psi = 2.31 pie P = 124.6’ / 2.31 pie/psi = 53.9 psi Cantarera de la cancha en punto bajo Φ = 389.2 Gln./min @ 53.9 PSI - 150 - ESQUEMA DE SISTEMA DE BOMBEO NACIMIENTO “LOS MANZANOS” ΔH = 60.00 mt. ( 196.8’) LDescarga = 88.00 mt. ( 288.6’) LSuccion = 02.13 mt. ( 7.0’) 60 mt. 196’ 1’ 4’ 1 2 Figura 33 - 151 - ESQUEMA DE DISTRIBUCION DE AGUA POR GRAVEDAD 2 3 4 ΔH2-3 = 70.00 mt. ( 229.6’) LDescarga = 190.00 mt. ( 623.44’) ΔH2-4 = 79.00 mt. ( 259.12’) LDescarga = 143.00 mt. ( 469.04’) Figura 34 - 152 - NACIMIENTO “LA CANCHA” 1 3 2 ΔH1-2 = 8.00 mt. LDescarga = 40.00 mt. ( 131.2’) ΔH1-4 = 25.00 mt. ( 82’) LDescarga = 167.00 mt. ( 547.76’) Figura 35 - 153 - Descripción de símbolos 1 NACIMIENTO DE AGUA TANQUE DE CAPTACION DE AGUA CANTARERA EQUIPO DE BOMBEO - 154 - Esquemático de distribución propuesto para las cantareras y la ampliación de la red primaria Figura 36 - 155 - Ubicación de la bomba Figura 37 - 156 - De la figura anterior en donde se muestra la ubicación de la bomba y el tanque para la captación del agua para consumo humano, se puede determinar con facilidad la trayectoria a seguir aguas arriba con la tubería. Al mismo tiempo, se puede observar gracias a las curvas de nivel, la distancia aproximada entre punto y punto. Haciendo uso del esquema que se describe anteriormente, podemos trazar el perfil para la distribución y montaje de la tubería para ser bombeada desde el tanque colector hacia la cisterna que posteriormente distribuirá el agua por gravedad, así: - 157 - Perfiles para el montaje de la tubería Figura 38 - 158 - Ampliación de la red eléctrica para la energización del sistema de bombeo Para poder alimentar el sistema de bombeo propuesto es necesario ampliar la red eléctrica existente, diseñada para la electrificación de Santa Rita Cimarrón. Con el fin de reducir costos, se pretende alimentar el sistema de bombeo trifásico por medio de una subestación estrella abierta delta abierta; esto implica que se necesita llevar dos hilos desde el punto P40 hasta el punto P51 y desde allí, sustituir los postes del los puntos P51A y P51B que son postes de 26’ por otros de 35’. Para poder realizar dicha ampliación se necesitarán los siguientes materiales: - 159 - Matriz para el cálculo de materiales para la subestación Item Descripción Cantidad Precios c/u Precio total 1 Poste de acero galvanizado de 35 pies 5 2,200.00 11,000.00 2 Zapata para poste 8 18.00 144.00 3 crucero angular de hierro de 2 ½ “ x 2 ½ x ¼ “ x 8 170.00 1,360.00 4 Perno maquina de 5/8” x 10” 12 8.25 99.00 5 Arandela curva agujero de 11/16 “ 12 3.25 39.00 6 Arandela de presión agujero de 11/16” 33 1.25 41.25 7 Arandela plana agujero de 11/16” 4 2.50 10.00 8 Diagonal de pletina de hierro de 11/2” x ¼” x 0.91 m 16 66.00 1,056.00 9 Grillete de anclaje de 9/16” 4 39.95 159.80 10 Perno de maquina de 5/8” x 1 ½ “ 16 6.50 104.00 11 Perno todo rosca de 5/8” x 12” 6 18.00 108.00 12 Perno argolla de 5/8 “ x 10” 3 22.50 67.50 13 Gurdacabo para cable de 3/8” 3 2.80 8.40 14 Tuerca argolla especial para perno de 5/8 “ 1 22.95 22.95 15 Espiga para aislador de una pulgada de rosca. 4 46.00 184.00 16 Aislador de porcelana de 1” de rosca DE 6 " de 4 24.95 99.80 17 Aislador de suspensión tipo clevis de 6”de diámetro. 16 68.00 1,088.00 18 Horquilla clevis de remate 4 29.00 116.00 19 soporte para nutro 2 57.00 114.00 20 Juego de varillas preformadas de aluminio para 12 29.95 359.40 21 Amarradera primaria de aluminio 10 2.85 28.50 22 Juego de varillas preformadas de aluminio para 6 32.00 192.00 23 Conector de compresión de aluminio YP2U3 8 24.05 192.40 24 Eslabón de 5/8 4 80.00 320.00 25 Cable ACSR N. 2 1032 3.50 3,612.00 26 Cable THNN 1/0 30 35.00 1,050.00 27 Barras dy anclas de expanción 4 125.00 500.00 28 Transformadores de 25 KVA 2 8,750.00 12,350.00 29 Barras de polarización con cepo 5 131.25 656.25 30 Alambre de cobre solido No 4 60 13.10 786.00 31 Conector de compresión de aluminio YP2U3 12 7.00 84.00 32 Instalación de una red de tierra 1 1,200.00 1,200.00 33 Instalación de protecciones /corta circuitos 1 240.00 240.00 34 Instalación de protecciones / para-rayos 1 240.00 240.00 35 Instalación de retenida sencilla 4 240.00 960.00 36 Excavación para ancla 4 180.00 720.00 37 Exacavación para poste galvanizado de 35 pies 4 180.00 720.00 38 Instalación de poste galvanizado de 35 pies 4 420.00 1,680.00 39 Instalación de esctructura primaria 2 hilos 4 390.00 1,560.00 40 Instalación de retenida sencilla 4 240.00 960.00 41 Instalación de un hilo conductor ACSR #2 1032 3.60 3,715.20 42 Instalacion de banco de transformadores trifásicos 1 2,500.00 2,500.00 43 Cinata banditt de 3/4" 20 12.60 252.00 44 Abrasaderas de 5-7" completas 11 49.00 539.00 45 Tuberia de 1/2" 1 65.00 65.00 - 160 - Item Descripción Cantidad Precios c/u Precio total 46 Almoadilla para transformador 6 42.00 252.00 47 Pararrallos 3 750.00 2,250.00 48 Fusibles de tipo link 2 3 30.00 90.00 49 Corta circuitos 3 600.00 1,800.00 50 Conector de línea viva 2 60.00 120.00 51 cruseros 205 m x 4" x 1/8" 2 450.00 900.00 TOTAL 56,715.45 Tabla 26 Costos aproximados de los materiales y mano de obra Suministro de Materiales ITEM CANT. DESCRIPCION P/UNIT. P/TOT. 1 130 Caño mediano galvanizado de 2" ¢ 288.50 ¢ 37,504.42 2 10 Unión Universal galvanizada de 2" ¢ 53.53 ¢ 535.31 3 30 Codo a 90º galvanizado de 2" ¢ 23.31 ¢ 699.29 4 110 Codo a 45º galvanizado de 2" ¢ 24.78 ¢ 2,725.66 5 45 Niple todo rosca galvanizado de 2" ¢ 4.42 ¢ 198.72 6 500 Cinta teflon de 2" ¢ 1.70 ¢ 849.56 7 12 T galvanizada de 2" ¢