Trabajo practico ayro

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

ANÁLISIS Y DISEÑO DE RED DE CONDUCCIÓN DE

AGUA EN LA CIUDAD DE TACNA Y GENERACIÓN

DE ENERGÍA RENOVABLE

PRESENTADO POR LOS ALUMNOS

RODRIGO PALACIOS LOBATÓN

GARY TAPIA VARGAS

Profesor:

Ing. Jorge Berrios Manzur

TACNA – PERÚ

2016

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS SEDE TACNA 2

CONTENIDO ANÁLISIS Y DISEÑO DE RED DE CONDUCCIÓN DE AGUA EN LA CIUDAD DE TACNA Y GENERACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE

TEMA:

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4

1 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 5

1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................................................ 5

1.1.1 DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO GEOGRÁFICO ........................................................................ 5

1.1.2 CIUDAD DE TACNA .................................................................................................................. 19

1.1.3 OBJETIVO DEL TRABAJO ESCALONADO .............................................................................. 20

1.1.4 DIAGNOSTICO DE LA INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA .................................................... 20

1.1.5 DEMANDA DE AGUA ................................................................................................................ 21

2 CAPÍTULO II ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN ................................................................................... 22

2.1 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE ...................................... 22

2.1.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN POR LOCALIDAD Y EMPRESA........................................ 22

2.1.2 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE .................................. 24

2.1.3 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE ALCANTARILLADO .............................. 26

3 CAPITULO III ANÁLISIS DE DISEÑO DE LA TUBERÍA DE CAPTACIÓN PARA LA CIUDAD DE TACNA DESDE LOS POZOS DEL AYRO .................................................................................................................... 27

3.1 DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN OPERACIONAL.................................................................... 28

3.1.1 DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE ....................................................................................... 28

3.2 CAPTACIONES .............................................................................................................................. 29

3.2.1 CAPTACIÓN CERRO BLANCO ................................................................................................ 29

3.2.2 CAPTACIÓN CAPLINA .............................................................................................................. 31

3.2.3 ESTACIONES DE BOMBEO (CAPTACIONES DE POZOS SUBTERRÁNEOS) ...................... 32

3.3 PERFIL TOPOGRÁFICO DE LA CIUDAD DE TACNA HASTA LOS POZOS DEL AYRO ............ 37

3.4 COTAS POR KILOMETRO DEL AYRO A TACNA ........................................................................ 40

3.5 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ............................................................................................... 41

3.5.1 ¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA? ...................................................................... 41

3.5.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA ............................. 42

3.5.3 LA PRESA ................................................................................................................................. 43

3.5.4 LA TURBINA HIDRÁULICA ....................................................................................................... 44

3.5.5 TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ......................................................................... 46



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3.5.6 FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA.................................................. 48

3.5.7 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ..................... 48

3.5.8 IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS ...................................... 49

3.6 BOMBAS HIDRÁULICAS ............................................................................................................... 50

3.6.1 EL ARIETE HIDRÁULICO .......................................................................................................... 50

3.6.2 EL GOLPE DE ARIETE ............................................................................................................. 53

3.6.3 ARIETES HIDRÁULICOS EN SERIE Y PARALELO ................................................................. 56

3.6.4 EVOLUCIÓN DEL ARIETE HIDRÁULICO ................................................................................. 57

4 CÁLCULOS DE DISEÑO DE LA TUBERÍA Y GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD ............................... 59

5 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................ 60



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INTRODUCCIÓN

Se desarrollara en el trabajo escalonado en salida a campo destino Rio Seco y Calientes. Abastecimiento de Agua 1. Determinar la Población para el lapso de tiempo de diseño 2. Diseño de Obras de Conducción, embalse, pozos subterráneos, planta de tratamiento, diseño de ducto a la ciudad, tubería de aducción, ducto a los filtros, diseño de filtros, depósito de servicio, sistema de distribución 3. Datos básicos de diseño: Río o campo de Pozos, Conducto 1, Conducto2, Conducto 3, Bomba de baja potencia, planta de tratamiento, bomba de alta potencia, sistema de distribución, diseño de redes de distribución, Hardy Cross , etc. 4. Obras de alcantarillado, redes de alcantarillado, cálculo, cámaras de inspección, pendientes, Diseño Boca del Rio, revisar expediente técnico con bombeo de aguas negras como ejemplo para la segunda salida a campo destino Boca del Río



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1 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO

1.1 ANTECEDENTES

1.1.1 DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO GEOGRÁFICO

1.1.1.1 Ubicación geográfica y política

El departamento de Tacna se ubica en el extremo sur occidental del país, entre la coordenadas

geográficas 16°18’ y 18° 20´latitud sur y 69° 28´y 71°02´de longitud oeste. Es necesario anotar que la posición

estratégica del departamento, en esta parte sur occidental del continente, ofrece grandes ventajas

comparativas para su desarrollo e integración al circuito económico, comercial y turístico con los países vecinos

y de la cuenca del Pacífico, situación que para cualquier caso del desarrollo, tiene condición de fortaleza de la

Región.

Su localización estratégica respecto a Sudamérica, la perfilan dentro de una expectante concepción

geopolítica y económica internacional, como una zona de intercambio comercial, con nuevos mercados del

Pacífico y del Atlántico, como son Bolivia (La Paz, Oruro), Chile (Arica, Parinacota, Iquique, Antofagasta),

Argentina (Salta, Jujuy, Tucumán), Brasil (Río Branco, Amazonas, Matto Grosso, Paraná).

La división Geográfica y Política del departamento de Tacna se compone de la siguiente manera:

La provincia de Tacna, se encuentra ubicada al extremo sur occidental de la Región Tacna y del País. En

la figura Nº 1, se muestra el mapa Físico-político de la Región de Tacna en donde la provincia del mismo

DEPARTAMENTO PROVINCIAS DISTRITOS

TACNA Tacna

Tarata

Jorge Basadre

Candarave

10

8

3

6

TOTAL 4 27 Cuadro N°01: DIVISIÓN GEOGRÁFICA Y POLÍTICA DEL DEPARTAMENTO DE TACNA Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática



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nombre es una de las cuatro provincias conformantes de la Región. La Provincia de Tacna en la zona más

extrema del sur del País con las siguientes coordenadas:

La Concordia, frontera con Chile 18° 19’ latitud Sur y 70° 20’ longitud Oeste.

El Tripartito, frontera con Chile y Bolivia 17°27’ latitud Sur y 69°10’ longitud Oeste.

1.1.1.2 Altitud

Altitudinalmente se extiende desde el nivel del mar hasta la línea de cumbres de la Cordillera

Occidental de los Andes (más de 5,000 m.s.n.m.). Siendo su altura máxima en la cumbre del nevado barroso

con 5,730 m.s.n.m. Tacna asimismo posee una extensa franja litoral desde la Punta El Ahogado al Norte hasta

la Concordia al Sur, ejerciendo soberanía marítima hasta las 200 millas, con niveles altitudinales que fluctúan

entre 0° y más de 5,000m.s.n.m ; su capital es la Ciudad de Tacna localizada a 558m.s.n.m.

1.1.1.3 Extensión

La superficie de la Provincia de Tacna es de 8,170.39 km2, las mayores áreas territoriales registran

los distritos de Tacna (29.6%), Inclán (17.7%) y Palca (17.33%). En la figura Nº 2 se observa la división política

de la provincia en 10 distritos: Tacna, Pocollay, Calana, Pachía, Palca, Alto de la Alianza, Ciudad Nueva,

Coronel Gregorio Albarracín Lanchipa, Inclán, y Sama.

1.1.1.4 Límites

Los límites de la Provincia de Tacna son:

• Por el Nor-Oeste y Norte: Limita con las provincias de Jorge Basadre, Candarave y Tarata. El límite

se inicia en la desembocadura de la quebrada Los Mendocinos en el Océano Pacífico, en un punto

de coordenada UTM 8011,4 Km N y 299,8 Km E.

• Por el Este y Sur Este: Limita con las Repúblicas de Bolivia y Chile. El límite se inicia en la

intersección del río Caño con el límite internacional Perú - Bolivia, continúa en dirección general Sur

hasta el Hito Nº 80 -frontera Perú - Bolivia - Chile (Tripartito). De este punto el límite continúa por línea

de frontera con la República de Chile desde el Hito Nº 80 hasta el Hito Nº 01 (Océano Pacífico).

• Por el Sur-Oeste: Limita con el Océano Pacífico. El límite se inicia en el Hito Nº 01 (Océano Pacífico),

continúa por la línea litoral hasta la desembocadura de la quebrada Los Mendocinos en el Océano



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Pacífico, en un punto de coordenada UTM 8011,4 Km N y 299,8 Km E, punto de inicio de la presente

descripción

1.1.1.5 Población

Según los resultados del XI Censo Nacional de Población 2007, la población censada de la Provincia

de Tacna fue de 262,731 habitantes, concentrando el 91% de la población de la región (294,965) y el 0,96%

con respecto a la población nacional. En el cuadro Nº 2 se aprecia que la tasa de crecimiento intercensal ha

sido de 2,14%, superior al promedio regional (2%) y nacional (1,68%).

La densidad poblacional de departamento de Tacna es de 20.19 Hab/km2, nivel inferior al promedio nacional

(23.18 Hab/km2). La provincia de Tacna tiene la mayor densidad poblacional (36.95 Hab/km2), mientras que

la provincia de Tarata presenta la menor densidad poblacional (2.86 Hab/Km2).

1.1.1.6 Accesibilidad y Vías de comunicación

La ciudad de Tacna es accesible por el norte a través de la carretera panamericana (región Costa), y

por las carreteras que penetran a las zonas altas desde la región Sierra. Asimismo, es accesible por la carretera

panamericana Sur hasta el límite fronterizo Santa Rosa.

a. Vías de Integración Nacional

TACNA: DENSIDAD POBLACIONAL Y ALTITUD. SEGÚN PROVINCIA, 2011

Departamento y Provincia Superficie

(Kilómetros

Cuadrados)

Población

proyectada

30/Jun/2011

(habitantes)

Densidad

poblacional

(Habitantes

por

kilómetro

cuadrado)

Capital de Provincia

Nombre Altitud(Metros

sobre el nivel

del mar)

Dpto. Tacna 1/ 16,075.89 324,498.00 20.19

Tacna 8,066.11 298,044.00 36.95 Tacna 562

Candarave 2,261.10 8,546.00 3.78 Candarave 3415

Jorge Basadre 2,928.56 9,844.00 3.36 Locumba 559

Tarata 2,819.96 8,064.00 2.86 Tarata 3068

1/ Incluye 0.16 km2 de

superficie insular oceánica

Cuadro N°02: TACNA: DENSIDAD POBLACIONAL Y ALTITUD. SEGÚN PROVINCIA, 2011 Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática - Proyecciones Departamentales de

Población 2011



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La Carretera Panamericana se considera como ruta nacional que articula a la ciudad con el resto del

país, por el norte hasta Tumbes con la Línea de La Concordia y hacia el sur hasta el límite fronterizo

Santa Rosa.

b. Vías de Integración Departamental

La Carretera Panamericana Sur integra a la ciudad de Tacna con toda la faja costera del país cruzando

varios departamentos, hasta llegar a Lima, a una distancia de 1,293.12 kms.

Asimismo, se tiene la Carretera Costanera, que comunica con el Departamento de Moquegua y la

ciudad de Ilo a 150 kms.; la Carretera a Tarata que va hasta el Departamento de Puno, con

construcción de carpeta asfáltica hasta el km. 24, faltando aproximadamente 63 kms. De asfaltado

para llegar a Tarata; Carretera a Collpa, que va hacia La Paz –Bolivia, que cuenta con carpeta asfáltica

de 20 kms. Antes de llegar al pueblo de Palca, a partir del cual se vuelve trocha carrozable.

c. Vías Interurbanas

Se caracterizan por permitir la comunicación entre la ciudad de Tacna con otros centros poblados.

Están consideradas en el Plan Vial Nacional como rutas vecinales. Entre ellas tenemos las siguientes:

Al Sur: Carretera Litoral que comunica con Magollo, La Yarada y Los Palos.

Al Este: Carretera a Pachía que comunica con Pocollay, Calana, Pachía y Calientes.

1.1.1.7 Servicios básicos

a. Agua Potable

El sistema de abastecimiento de agua potable de Tacna, es administrado por la Empresa

Prestadora de Servicios Tacna S.A. – EPS Tacna.

En la ciudad de Tacna, el agua es escasa, por lo cual es necesario racionarla y aprovecharla

al máximo.

Para la producción de agua potable, EPS Tacna explota recursos hídricos superficiales y del

subsuelo, captando las aguas de los ríos Caplina y Uchusuma. El caudal del río Caplina en promedio

es de 0.828 m3/seg y el del río Uchusuma de 0.966 m3/seg. Dichos caudales son derivados a las

plantas de tratamiento de Calana, Alto de Lima y Pachía, que en conjunto producen el 90.9% del agua

potable para Tacna.



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Asimismo, por la existencia de un manto freático se captan aguas subterráneas mediante los

pozos de bombeo de Sobraya 01, Sobraya 02, Sobraya 03, Parque Perú y Pozo Las Vilcas que en

conjunto producen el 9.1% del agua potable.

Dicho manto tiene un caudal de 2.35 m3/seg, medido en la zona de La Yarada con una profundidad

de 11 y 135 m.

Normativamente, se exige que el servicio de agua potable, atienda al 95% de la población

total de la ciudad. Ello representaría una atención de 217,844 hab. Teniendo en cuenta que la

población atendida actualmente es de 205,364 hab.; se puede decir que existe un déficit de atención

del 5.4% que equivale a 12,480 hab. A ello hay que añadir que el abastecimiento de agua es irregular,

ya que el servicio se brinda de 12 a 14 horas al día.

De un total de 71,553 viviendas censadas en la provincia, 50,215 (70,17%) constan con red

pública dentro de la vivienda, 2,611 (3,65%), constan con red pública fuera de la vivienda y 11,471

(16,03%) con pilón de uso público y 7,256 (10,1%) no cuentan con ningún tipo de servicio.

VIVIENDAS CON ABASTECIMIENTO DE AGUA

Distritos Total Viviendas (*)

Red pública dentro de la

vivienda

Red pública fuera de la vivienda

Pilón de uso público

Viviendas con abastecimiento

de agua

Tacna 24,632 20,004 1,016 953 21,973

Alto de la Alianza 8,257 7,270 293 275 7,838

Calana 751 321 135 18 474

Ciudad Nueva 8,275 7,347 214 531 8,092

Inclán 1,153 5 3 8

Pachía 575 173 41 28 242

Palca 447 47 28 129 204

Pocollay 4,655 2,780 97 1,065 3,942

Sama 830 182 17 33 232

Crnl. Gregorio Albarracín

21,978 12,086 767 8,439 21,292

Total General 71,553 50,215 2,611 11,471 64,297

Cuadro N°03: VIVIENDAS CON ABASTECIMIENTO DE AGUA

(*) Viviendas particulares con ocupantes presentes Fuente: Instituto Nacional de Estadística e Informática – Censos Nacionales 2007 XI de Población y VI de Vivienda



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b. Alcantarillado

Las instalaciones para la recolección y evacuación final de los residuos líquidos en la ciudad,

se realizan mediante redes que atraviesan la ciudad de norte a sur en función de la topografía del

terreno, la misma que favorece una evacuación por gravedad.

A su vez, de las 71,553 viviendas existentes en la provincia, 59,706 297 (83.44 %) de ellas

cuenta con desagüe, correspondiendo al servicio de la red pública dentro de la vivienda la modalidad

de mayor atención conforme.

El total de aguas servidas producidas por la ciudad llega a 321.18 Lts./seg., de los cuales el

75.6% son domésticas; 11.0% son estatales, 10.8% son comerciales; 0.87% son de la industria; y

1.8% son de entidades sociales.

c. Electricidad

La empresa Electrosur S.A. es la encargada de administrar, distribuir y comercializar la

energía eléctrica en los Departamentos de Tacna y Moquegua la energía que la empresa distribuye y

comercializa la adquiere de las empresas generadoras EGESUR S.A. y EGASA. El sistema en Tacna

esta interconectado al Sistema Nacional, mediante la interconexión a la Central Hidroeléctrica de

Charcani (Arequipa) y esta con la Central Hidroeléctrica del Mantaro. La ciudad de Tacna está dentro

del Sistema Interconectado del Sur que produce 686 MW de los cuales el 45.5 % son producidas por

las centrales hidroeléctricas y el 54.5 % son de termoeléctricas.

El consumo total de la ciudad de Tacna alcanza el 83,319 Mwh. anuales y el consumo

promedio es de 6,900.3 Mwh. mensual; de los cuáles el 65.1 % es para uso residencial, el 24.0 % es

industrial y comercial, y el 10.9% es para el alumbrado público Actualmente la ciudad de Tacna cuenta

con 47,476 conexiones domiciliarias de energía eléctrica; y mientras exista un total de 55,338 predios

en la ciudad, se tiene que el 86.0% de las viviendas cuentan con servicio eléctrico; Existiendo un

déficit del 14%.



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1.1.1.8 Clima

La ciudad de Tacna, por su ubicación geográfica dentro de la zona climática subtropical presenta

características propias de un clima templado cálido; donde las temperaturas oscilan regularmente entre el día

y la noche; las lluvias son insignificantes e irregulares en años normales; existe alta nubosidad; y se perciben

dos estaciones bien contrastantes: el verano (Diciembre – Marzo) y el invierno (Julio – Setiembre), mientras

que el otoño y la primavera son estaciones intermedias.

a. Temperatura

Las temperaturas medias alcanzan la máxima de 27.2°C en verano (febrero) y la mínima de

9.5°C en invierno (julio), tal como lo señalan los registros de la Estación Climática Jorge Basadre –

Tacna en el año 2000.

b. Humedad

En sus valores promedio anual la Humedad Relativa alcanza el 71% en La Yarada y el 76%

en Calana. Como referencia se tiene que en el período 1966-1971, la humedad relativa en la Estación

Calana alcanzó máximas absolutas de 82% - 99% en invierno y mínimas absolutas de 44% - 58% en

verano, lo que implica un período de alta nubosidad versus un período de sequedad.

c. Vientos

La Estación Tacna - Corpac señala la predominancia de vientos de dirección sur en el verano

y de suroeste en el resto del año durante el período 1950 - 1971, persistiendo esta direccionalidad del

viento hasta la fecha.

d. Precipitación Pluvial.-

Las precipitaciones pluviales (lluvias) son mínimas e irregulares variando de finas garúas en

la Costa durante el invierno hasta máximas de 80 mm. en verano (años excepcionales por el fenómeno

El Niño).

En el ámbito de la ciudad de Tacna, las precipitaciones totales anuales en el período 1995-

2000 alcanzaron máximos valores de 81.1 mm. (Año 1997) y 46.1 mm. (Año 2000) en la Estación

Jorge Basadre - Tacna.

La Estación de Calana por su cercanía a las pampas peráridas presenta características de

un microclima extremo árido, dado que registra para el período 1966 – 1971, precipitaciones totales



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de 11.7 mm. Con valores oscilantes ente los 12.1 mm. (Año 1993) y 11.8 mm. (Año 1998), que

contrastan con mínimas de 0.0 mm. (Años 1995 y 1996) y 1.6 mm. (Año 1999).

La estación húmeda la constituye el verano del solsticio Sur, con lluvias en las partes altas de la

cuenca, por encima de 2000 m.s.n.m.

1.1.1.9 Suelo

El Plan de Usos de Suelo, clasifica el suelo dentro de la ciudad y su entorno según sus condiciones

generales de uso en: Suelo Urbano, Urbanizable y No Urbanizable.

1.1.1.10 Relieve

El Departamento de Tacna se encuentra dividido en un área costera desértica, de lomas y otra

montañosa que comprende parte de la meseta andina y ladera occidental, de las cuales el área presenta una

gran variedad de formas topográficas, comprendiendo la parte más alta al lado nororiental de la región, con

altitudes entre 5,000 m.s.n.m.

1.1.1.11 Hidrografía

El Departamento de Tacna se caracteriza por la extrema escasez del sistema hídrico y por la

acentuada aridez de su suelo. Las únicas fuentes superficiales con que cuenta el Departamento están

CLASIFICACIÓN SUPERFICIE

Has.

%

SUELO

URBANO APTO 2,422.44 41.73

SUELO

URBANO APTO CON RESTRICCIONES 568.30 9.80

SUB TOTAL 2,990.74 51.53

SUELO

URBANIZABLE DE EXPANSIÓN URBANA 1,365.60 23.52

DE RESERVA URBANA 1,448.61 24.95

SUB TOTAL 2,814.21 48.47

SUELO NO

URBANIZABLE DE PROTECCIÓN ECOLÓGICA ----- -----

SUB TOTAL ----- -----

TOTAL ÁREA URBANA AL 2015 5,804.95 100.00

Cuadro N°05: TACNA: SUPERFICIE SEGÚN CLASIFICACIÓN GENERAL DE SUELOS AL AÑO 2015 Fuente: Plan Director de la Ciudad de Tacna



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constituidas por las cuencas de los ríos Caplina, Uchusuma, Sama y Locumba, cuya oferta en total suman

12,10 m³/seg.

Además, se vienen explotando recursos hídricos subterráneos (2,896 m³/seg.) en La Yarada, así como

en las Pampas del Ayro, Maure y otras zonas alto andinas.

El departamento de Tacna es una de las zonas más áridas del país, por lo que se busca el

aprovechamiento alternativo de las aguas subterráneas constituyéndose un uso conjuntivo del recurso hídrico.

A su vez, la variabilidad de las descargas de los ríos en región es muy alta, así el río Sama presenta

la mayor variabilidad estacional con un rango de descargas de más de 110.00 m3/s. Este comportamiento se

refleja a los otros ríos de la región, como se ha reportado para el caso del río Ilabaya.

1.1.1.12 Pendiente

Se presenta como un territorio suavemente ondulado inclinado hacia el Sur-Oeste, con una pendiente

aproximada de 2% a 4% aproximadamente. Están cubiertas por conos de deyección fluvial y depósitos eólicos.

1.1.1.13 Geomorfología

El distrito de Tacna se encuentra enmarcado en un contexto geomorfológico que corresponde a las

pampas costaneras, las cuales ocupan una extensa depresión entre la Cordillera de la Costa y el frente

occidental de los Andes, resultado de la acumulación de sedimentos clásticos del Grupo Moquegua, rocas

volcánicas de la Formación Huaylillas y depósitos cuaternarios recientes. Se presenta como un territorio

suavemente ondulado inclinado hacia el Sur-Oeste, con una pendiente aproximada de 2% a 4%

aproximadamente. Están cubiertas por conos de deyección fluvial y depósitos eólicos.

La Ciudad de Tacna está asentada en el Valle del Rio Caplina, a una altura de 550 m.s.n.m, en medio

de los Cerros Arunta e Intiorko, que oscilan entre los 850 y 950 m.s.n.m. de altitud.

La superficie de estos cerros forma grandes llanuras denominadas Planicies del Huaylillas.



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Están cubiertas por suelos residuales y arenas eólicas que les dan una tonalidad rosada – marrón

clara. Las faldas de los cerros forman laderas que tienen pendientes que fluctúan entre 40% y 64% y están

cubiertas por depósitos deluviales.

En la Quebrada Caramolle se ha podido notar que su último evento aluvial ha cortado y cubierto el

depósito de cenizas volcánicas, dejando un canal de hasta 50 m. de ancho, donde se halla asentado parte del

distrito de Ciudad Nueva en el Cono Norte. En el punto donde cambia su dirección al Valle, está quebrada

presenta una cascada con un salto de 25 m. aproximadamente.

Gráfico N°01: FORMACIÓN HUAYLILLAS Fuente: Instituto Geológico Minero y Metalúrgico



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Gráfico N°02: MAPA GEO ESTRUCTURAL DE TACNA Fuente: Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico



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1.1.1.14 Geotecnia

Los peligros de origen geológico-geotécnico de mayor incidencia en la ciudad de Tacna, distritos de

Gregorio Albarracín, Pocollay, Alto de la Alianza, Ciudad Nueva, Cercado y áreas de expansión urbanística, se

dan por las razones siguientes:

Falla por corte y asentamiento del suelo

Agresión del suelo al concreto

Amplificación local de las ondas sísmicas

Colapsabilidad de Suelos

Se han identificado cinco zonas geotécnicas cada una diferenciada mediante interpretación insitu y

mediante ensayos realizados en laboratorio. Se ha logrado conocer las propiedades del suelo de cada zona,

Gráfico N°03: MAPA ESTRUCTURAL Y DE DOMINIOS MORFOLÓGICOS Fuente: Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico



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estas zonas son: cenizas volcánicas de clasificación SUCS SM (ZONA I) ubicada en la parte norte del distrito

de Pocollay y algunos sectores del distrito de Alto de la Alianza, arenas limosas de clasificación SM (ZONA II)

que cubre por completo los distritos de Ciudad Nueva y Alto de la Alianza, arenas limosas de clasificación SM

(ZONA III) ubicada al noreste de la ciudad de Tacna, gravas pobremente graduadas GP (ZONA IV) que

corresponde al resto del distrito de Pocollay y gran parte del distrito de Gregorio Albarracín Lanchipa , gravas

bien graduadas GW (ZONA V) que corresponde al resto del distrito de Tacna y Gregorio Albarracín Lanchipa.

ZONA I, correspondiente a suelos de clasificación arena limosa SM de origen cenizas volcánicas, que

poseen valores de micro tremores promedio de 0.15 Hz, presiones admisibles del suelo que varían de 2.54

Kg/cm2 a 2.90 Kg/cm2; el potencial de colapso varía de 0.21% a 0.50 %, presenta asentamientos mínimos de

1.50 cm y máximo de 1.52 cm. Esta zona comprende: toda la zona norte del distrito de Pocollay como la

Asociación de Vivienda 8 de Octubre, Asociación de Vivienda Jerusalén, Nueva Esperanza, AAPITAC,

Asociación de Vivienda La Colina, Asociación de Vivienda Primavera – Takana; también presentes en el distrito

de Alto de la Alianza, parcialmente en las Asoc. de Viv. Mariscal Miller, AA.HH. La Esperanza y P.J. Alto de la

Alianza.

ZONA II, que corresponde a suelos de clasificación SM arenas limosas de origen fluvial, que presenta

valores de densidad natural variando desde 1.44 g/cm3 a 1.80 g/cm3, períodos de vibración natural del suelo

desde 0.2 Hz a 0.25 Hz, capacidades de carga variando desde 0.63 Kg/cm2 a 0.76 Kg/cm2, valores de

potencial de colapso de 0.78% a 0.80%. Los asentamientos que se pueden producir en este suelo varían de

1.57 cm a 3.32 cm.

Estas zonas comprenden en su totalidad a los distritos de Alto de la Alianza y Ciudad Nueva. En esta zona se

tienen problemas con los asentamientos de los suelos en especial en la zona denominada Terminal del

Altiplano en el distrito de Alto de la Alianza, puesto que presenta valores de 3.32cm, para una estructura de 5

pisos.

ZONA III, está conformada por suelos de clasificación SM arenas limosas de origen fluvial con

periodos naturales de vibración del suelo promedio (micro tremores) alrededor a 0.25 Hz, con valores de



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potencial de colapso de 1.72% a 11.5%, valores de presiones admisibles del suelo que varían de 0.58 Kg/cm2

a 0.64Kg/cm2.

Los asentamientos que se pueden producir en esta zona varían de 1.57 cm a 8.74 cm. Esta zona

abarca los lugares conocidos como Asociación de Vivienda Vallecito, Asociación de Vivienda Los Ángeles,

Urb. Villa Sol, Asociación de Vivienda Teodoro Rodríguez Pisco, Urb. Santa Fátima y el Paseo Cívico. La zona

del Hospital General de Tacna del Ministerio de Salud, resulta ser una zona problemática puesto que presenta

valores de asentamientos igual a 8.74cm y potencial de colapso igual a 11.5% y se considera como

PROBLEMA SEVERO.

ZONA IV, conformada por suelos de clasificación GP compuestos por gravas pobremente graduadas

que presenta valores de micro tremores de 0.10 Hz, presiones admisibles del suelo de 3.41 Kg/cm2 a 4.50

Kg/cm2, potenciales de colapso que varían del 0.24% al 1.51%, en esta zona se esperan asentamientos que

varían de 1.47 cm a 1.62 cm. Esta zona abarca la Urb. Francisco Bolognesi y Urb. Villa Caplina en el distrito

de Tacna, todo el resto del distrito de Pocollay, y toda la zona norte del distrito de Gregorio Albarracín Lanchipa

como ser los terrenos del cuartel Tarapacá, AA. HH. El Morro, Asociación de Vivienda 3 de Diciembre,

Asociación de Vivienda Alfonso Ugarte I, II y III, Asociación de Vivienda Las Begonias, Asociación de Vivienda

San Francisco, Asociación de Vivienda Las Américas, AA.HH. Villa Héroes del Cenepa. En esta zona existe

un caso particular acerca de las gravas porque están fuertemente cementadas con sales, pero a su vez son

colapsarles en un rango moderado.

Están expuestas en la zona Asociación de Vivienda Villa Héroes del Cenepa en la cual ha resultado

con potencial de colapso 1.51% que se considera como PROBLEMA MODERADO; con estas características

se debe tener especial cuidado con los jardines, fugas de agua y desagüe.

ZONA V, conformada por suelos de clasificación GW compuestos por gravas bien graduadas de

origen fluvial que presenta períodos de vibración natural de 0.10 Hz, capacidades portantes que varían de 3.50

Kg/cm2 a 3.62 Kg/cm2, valores de potencial de colapso que varían de 0.48% a 0.50%. Los asentamientos que

se esperan en este suelo son de 1.09 cm a 1.22 cm. Esta zona abarca el AA.HH Leoncio Prado, Terminal

Terrestre Manuel A. Odría, Conjunto Habitacional Justo Arias Aragüés, Urb. Bacigalupo, Parque Industrial, Urb.

Espíritu Santo, Agrup. de Viv. 28 de Agosto (200 casas), Urb. La Arboleda, AA.HH. Jesús María, Urb. Santa



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Ana, terrenos de la UNJBG del distrito del cercado de Tacna, y gran parte del distrito de Gregorio Albarracín

Lanchipa como la Asociación de Vivienda Villa Magisterial, AA.HH. Vista Alegre, Asociación de Vivienda

INADE, Asociación de Vivienda Caplina II, Asociación de Vivienda San Agustín. Esta es una zona que no

presenta mayores problemas geotécnicos.

1.1.2 CIUDAD DE TACNA

Tacna se ubicada al sur del Perú, en una zona bastante árida, situación que origina que los recursos

hídricos sean escasos, esta situación natural se agrava por la presencia del Fenómeno El Niño, que en forma

cíclica se desplaza al sur generando grandes cambios climatológicos que generalmente ocasionan severas

sequías en la zona sur del país, especialmente en la Región Tacna.

De acuerdo a los pronósticos del SENAMHI, la tendencia Hidrometeorológica sobre la disponibilidad

de recursos hídricos para la región Tacna es de mediana a escasa, confirmándose con la presencia esporádica

de precipitaciones pluviales en comparación con las de otros años.

Ante la ocurrencia de una sequía moderada o estrés hídrico en el periodo Diciembre – Marzo, la EPS

TACNA S.A., debe tomar acciones coordinadas con el Gobierno regional Tacna, la Junta de Usuarios del Valle

de Tacna (JUVT) y el Proyecto Especial Tacna (PET), para implementar acciones preventivas para disminuir

o minimizar los efectos de la sequía, acciones como limpieza de cauces de ríos y reforzamiento de

infraestructura hidráulica (canales, bocatomas, etc.), operación y mantenimiento de pozos en la zona del Ayro

y en la ciudad, de esta forma se tendrán los caudales necesarios de aguas superficiales y subterráneas.

En lo que va del presente año y en razón de no disponer del volumen de escorrentía en las fuentes

superficiales de agua, se viene utilizando en forma REGULADA las reservas de aguas almacenadas en la

represa de Paucarani, lagunas de Casiri y Condorpico para atender la demanda poblacional y agrícola.



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1.1.3 OBJETIVO DEL TRABAJO ESCALONADO

“GARANTIZAR EL RECURSO HÍDRICO PARA LA POBLACIÓN DURANTE EL PERIODO DE SEQUIA EN LA

REGIÓN DE TACNA”.

1.1.4 DIAGNOSTICO DE LA INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA

A nivel del ámbito de la Junta de Usuarios del Valle de Tacna - JUVT, de la cual EPS TACNA S.A. es

miembro; se cuenta con dos fuentes principales de agua que son el río Caplina y aguas de trasvase de la sub-

cuenca del río Uchusuma, ambas fuentes abastecen a los denominados Sistema Caplina y Sistema Uchusuma.

1.1.4.1 Sistema Caplina

1.1.4.1.1 Bocatoma Calientes - Canal Caplina

Es una estructura de concreto armado que se encuentra sobre el río Caplina, la cual permite captar

las aguas superficiales del río Caplina.

Es un canal de concreto ciclópeo, cuya capacidad máxima de conducción es de 1.45 m3/seg., con

una longitud de 26.8 km., capta aguas de la cordillera del Barroso. El promedio anual de conducción es de 800

lt/seg., el canal se encuentra en mal estado de funcionamiento.

1.1.4.2 Sistema Uchusuma

1.1.4.2.1 Bocatoma de Chuschuco - Canal Uchusuma - Magollo

Esta bocatoma capta las aguas provenientes del Altiplano de Tacna, de la zona denominada “El Ayro”.

Es una obra nueva, que fue puesta en operación en el año 2001.

Este canal de concreto posee una longitud de 34.4 km. desde la bocatoma de Chuschuco hasta el

partidor de Magollo. Este canal viene siendo reconstruido en sus tramos más críticos desde la progresiva 0+000

a 24+220 y se han construido 47 caídas (rápidas). El promedio anual de conducción de este canal es de 700

lt/seg.



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1.1.5 DEMANDA DE AGUA

1.1.5.1 Uso Poblacional

La ciudad de Tacna y sus distritos, cuya población supera los 300,000 habitantes, a la fecha se

abastecen con aguas superficiales del canal Caplina 80 a 100 lt/seg. y del canal Uchusuma 380 a 400 lt/seg.

y aguas subterráneas de los pozos de Viñani y Sobraya totalizando un caudal de 730 lt/seg., siendo la demanda

de acuerdo a los Estudios de Plan Maestro de la entidad de 941.18 lt/seg. (Para el año 2014 con una población

de 288.33 hab.

1.1.5.2 Uso Agrícola

En el sistema Caplina se cuenta con un área agrícola de 1,100 ha bajo riego y se utilizan

aproximadamente 600 lt/seg. del río Caplina. En el sistema Uchusuma, se tienen 1,650 Ha., con una dotación

de 400 lt/seg., provenientes de las aguas de trasvase de la sub–cuenca del río Uchusuma.



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2 CAPÍTULO II ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN

2.1 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE

Los parámetros utilizados para el cálculo de la demanda de agua potable son los siguientes: población,

conexiones, y volúmenes demandados o consumo de agua, nivel de medición el porcentaje de agua no

contabilizada. Para la realización de los cálculos se ha utilizado el software computarizado para la elaboración

del PMO, proporcionado por SUNASS.

2.1.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN POR LOCALIDAD Y EMPRESA.

2.1.1.1 Población Inicial – Año Base

La Población inicial o del año base 2012, La estimación de la población y su proyección se basa en

los resultados de los cencos nacionales:

La población inicial proyectada al año 2012 es de 287,450 habitantes en Tacna, 406 habitantes en

Pachía, 1.231 habitantes y en Locumba. En consecuencia, la población total bajo el ámbito de administración

de la EPS para el año 2012 es de 289.087 habitantes.

2.1.1.2 Tasa de Crecimiento

La tasa de crecimiento poblacional utilizada para la proyección de la población durante el horizonte

de planeamiento fue de 2.12% en Tacna, -1.8% en Pachía, y 3.76% en Locumba.



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2.1.2 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE

La demanda de agua potable está en función a la cantidad demandada por los diferentes

consumidores (Domestico, Comercial, Industrial, Estatal y Social) el mismo que se ha calculado en función a

la cobertura que se podría alcanzar en el horizonte del Plan Maestro Optimizado



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2.1.3 ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DEL SERVICIO DE ALCANTARILLADO

Las proyecciones relacionadas con los componentes de la demanda del servicio de alcantarillado

involucran a la población, conexiones y contribución al alcantarillado.

La proyección realizada es de acuerdo a la misma metodología para agua potable. El cálculo de

población total y servida se presenta en el cuadro siguiente:



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3 CAPITULO III ANÁLISIS DE DISEÑO DE LA TUBERÍA DE CAPTACIÓN PARA

LA CIUDAD DE TACNA DESDE LOS POZOS DEL AYRO



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3.1 DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN OPERACIONAL

3.1.1 DEL SERVICIO DE AGUA POTABLE

3.1.1.1 Fuentes de Agua

Las Fuentes de agua de la EPS TACNA S.A. son de agua superficial y agua subterránea:

a.1 Agua Superficial:

Captación en Cerro Blanco sobre el Canal Uchusuma.

Captaciones sobre el canal Caplina.

a.2 Agua Subterránea:

Captaciones en los Pozos Sobraya y Pozos Viñani



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3.1.1.2 Sistemas e Instalaciones del Servicio de Agua Potable

Los Sistemas del servicio de agua potable en la EPS TACNA S.A. están conformados por la captación,

estaciones de bombeo, reservorios, plantas de tratamiento, instalaciones de desinfección, laboratorios e

instalaciones de control de calidad, líneas de impulsión y/o aducción y redes de distribución.

3.2 CAPTACIONES

Las captaciones existentes del sistema de agua son:

Cerró Blanco sobre el canal Uchusuma.

Caplina sobre el canal del mismo nombre en dos ubicaciones diferentes (Calana y Alto Lima).

Pozos Sobraya, de agua subterránea.

Pozos Viñani, de agua subterránea

Las fuentes elegidas deberán suministrar los siguientes caudales de agua bruta:

Total considerándose pérdidas en el sistema y en las plantas

3.2.1 CAPTACIÓN CERRO BLANCO

Esta captación superficial constituye la principal fuente de abastecimiento de la ciudad, cuya bocatoma

está ubicada en la cuenca del río Uchusuma, zona del Ayro a 115 km de esta captación.

Es una estructura de derivación ubicada en la margen izquierda del canal Uchusuma, en concreto

armado, el cual posee sección de 3,00 x 1,90 m. Es una estructura de repartición con rejas metálicas,

compuertas y vertedero para control de los caudales para el sector agrícola y el consumo humano. Esta



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estructura posee dos derivaciones en canal: el primero, de aguas arriba con sección rectangular de 1,20 m x

1,40 m con el eje ortogonal con el del canal Uchusuma. El de aguas abajo, es la estructura de repartición que

permite la división del canal Uchusuma en dos, con anchos de 1,19 y 1,83 m. El más angosto sale lateral en

curva, para empalmar más adelante con el primer, constituyendo una sola unidad que sigue hasta el

desarenador adelante. La estructura permite la captación máxima para el consumo humano de un caudal

estimado en 1.200 l/s. El caudal derivado es aforado mediante un medidor tipo Parshall de 0,61 m de garganta,

fue construido en el año 1991, y se encuentra en buen estado de conservación y funcionamiento.

El sistema de captación está conformado aún por otras unidades descritas a continuación:

Dos desarenadores gemelos en paralelo de medidas en planta de 18,00 x 10,00 m y altura variable

entre 2,20 y 3,40 m, lo que resulta en una capacidad conjunta de aproximadamente 800 m3;

Dos embalses sedimentadores, el primero de 50.000 m3, el segundo de 60,000 m3, construido en el

año 98, con entradas y salidas en canales abiertos de concreto.

El Embalse en operación, es un tanque de forma rectangular con ingresos y salidas ubicados en lados

opuestos. Del canal de distribución que llega de los desarenadores, salen 5 derivaciones de ingreso en cuanto

las salidas son 4, dos que se empalman con el canal de recolección y los otros con el Canal de Conducción

que sigue hasta el desarenador Uchusuma ubicado a 2 km aguas abajo. En el punto de interconexión de estos

dos últimos canales, la cota de fondo es 800,68 msnm y su sección trapezoidal con dimensiones de 1,50 x

1,00 m por 1,05 m de altura.



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Los canales de salida bajan por el talud externo hasta los canales de conducción y recolección. En

este tramo presentan secciones variables y longitud de 38 m hasta el canal de conducción. El embalse posee

aún estructuras secundarias en canales, tuberías de desagüe y una salida tubular en cota más baja a los

canales vertederos, lo que permite flexibilidad operacional en épocas de sequía. Por ocasión de las

investigaciones, el nivel de agua se encontraba en la cota 808,57 m.

Este componente tiene capacidad para almacenar y operar el caudal necesario para cubrir la demanda

para las etapas de implantación de obras de la primera y segunda etapa, 675,58 y 1.131,58 l/s,

respectivamente. Además, los embalses tienen funciones de regulación, almacenamiento y de mejorar la

calidad del agua cruda para ser tratada.

3.2.2 CAPTACIÓN CAPLINA

La captación de aguas provenientes del río Caplina es la Bocatoma Calientes que colecta las aguas

de escorrentía de la cuenca del mismo nombre.

En la actualidad existen dos captaciones en el canal del río Caplina, una para la planta de tratamiento de

Calana y otra para la planta de tratamiento de Alto Lima. El canal Caplina es un canal revestido con

mampostería de piedra que conduce también aguas para uso agrícola. Se dispone sólo de 100 l/s de esta

captación para consumo humano.



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Captación para la planta de potabilización de Calana La bocatoma de captación para la Planta

Potabilizadora de Calana, es realizada a través de una derivación lateral en la margen izquierda del

canal Caplina, seguida de dos desarenadores gemelos, de donde parten dos tuberías para la planta.

La captación y los desarenadores son de concreto armado y se encuentran en buen estado de

conservación. Está ubicada en área cerca de la Planta Calana y la derivación realiza por una toma en

canal de 1,00 m de ancho por 1,80 m de longitud y 1,60 m de altura. El canal de interconexión con el

desarenador, de 0,50 m de ancho y 1,00 m de altura, posee medidor Parshall de W=1’ (Pie) y longitud

de 11,00 m. Los desarenadores son tanques rectangulares en concreto, con 10 x 5 x 2,90 m de altura.

Los canales de entrada y salida, de 0,60 m, quedan en lados opuestos. El canal de salida, con 5,50

m de longitud, posee en su extremidad una cámara de 1,40 m de lado por 1,20 m de altura, de la cual

sale la tubería de 350 mm en concreto. Alejada de 2,00 m de esta, aguas arriba, sale la segunda

tubería de 250 mm en asbesto cemento. La cota de fondo del canal y de la cámara es la misma o sea,

713,36 m y la de tapa, 714,56 m. El NAmax se encuentra en la cota 713,75 m. Esta captación se

mantendrá operativa, para suministrar el caudal de 50 l/s.

Captación para la planta potabilizadora Alto Lima Esta segunda bocatoma es una derivación sobre la

margen derecha del canal Caplina a partir de la cual se extraen los caudales conducidos para la planta

de Alto Lima. Está ubicada en la cabecera de la Planta, es un canal de concreto simple de sección

rectangular de 0,50 m de ancho por 0,50 m de altura, con pendiente media de 1,6% y una longitud

aproximada de 45,00 m. Su capacidad aproximada es de 210 l/s.

3.2.3 ESTACIONES DE BOMBEO (CAPTACIONES DE POZOS SUBTERRÁNEOS)

3.2.3.1 Pozos Sobraya

El Estudio de Consolidación menciona a dos captaciones existentes de agua subterránea, los Pozos

de Sobraya PS01 y PS02. Se encuentran localizados en el perímetro urbano de la ciudad de Tacna en el sector

de Sobraya, en las proximidades del cauce de la quebrada seca del río Uchusuma. Son dos pozos, con sus

respectivos equipos y construcciones de protección. Se dice que el pozo PS-01 se encontraba fuera de

operación desde hace varios años debido al defecto en el equipo de bombeo y a la baja calidad del agua



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extraída para consumo humano. También que el pozo PS-02 opera normalmente con un rendimiento de 15 l/s,

siendo usados en función de la disponibilidad de agua de las otras captaciones.

En el análisis efectuado a estas captaciones de agua subterránea se ha comprobado que además de

los pozos PS-1 y PS-2, existe el Pozo PS-3 que fue rehabilitado en el año 1998, y actualmente está inoperativo,

se puede considerar un caudal promedio de 50l/s.

Datos de los Pozos Sobraya



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De las tres captaciones que operaron en el periodo 2007 a 2011 se considerará, para efectos de

diseño un caudal de 50 l/s.

3.2.3.2 Pozos de Viñani

El Estudio de Factibilidad había considerado la necesidad de contar con nuevas captaciones de agua

subterránea en las zonas de Viñani, Chuschuco y ciudad Tacna para obtener un caudal total de 300 l/s, con

un total de 12 pozos.

Los estudios hidrogeológicos realizados, con la perforación de pozo de prueba, confirmaron la

capacidad del acuífero de la Quebrada Viñani con una estimación de 50 l/s por pozo, a ser ubicados alejados

a 1000 m.

Luego estas obras fueron concluidas en el año 2003 por el INADE PET, entrando en operación con

75 l/s, cuenta con dos pozos denominados PV1 y Pv2 con una capacidad de 75 l/s cada uno, además se cuenta

con 2 estaciones de bombeo denominados EB1 y EB2, además de líneas de impulsión y reservorio denominado

R9.

Durante el periodo 2007 a 2011, el pozo PV-01 ha funcionado todos los años indicados con un

promedio de 60 l/s, así mismo el pozo PV-02 ha operado desde el año 2007 al 2010, con un caudal promedio

bajo debido a que en esos periodos el PV-02 se explotaba en forma de apoyo al sistema por horas, sin embargo

en ese periodo reportaba un caudal de 65 l/s.

Por otro lado en el año 2010 se culmina las obras de perforación e implementación de los nuevos

pozos PV-03 y PV-04 con un caudal de 100 l/s cada pozo, se concluye la línea de impulsión al nuevo reservorio

R-15 de la estación EB-03, para abastecer al sector de Viñani, estos pozos se operaron el año 2010 con las

pruebas finales en el mes de Diciembre y empezaron a operar en enero del 2011 con un caudal de 100 l/s sin

embargo por la demanda de agua del sector Viñani se explota un pozo en un promedio de 8 hrs al día haciendo

un caudal promedio de 15 l/s entre ambos pozos durante el 2011.



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3.2.3.3 Pozos del Ayro

Los pozos del Ayro consisten y operan como una batería compuesta por 10 pozos subterráneos

operativos (3 pozos desactivados). Estos rendían inicialmente un caudal de 0,070 m3/s. Estos pozos fueron

construidos por INADE-PET en su programa Vilavilani I Etapa que está concluido y en operación. Las aguas

de esta captación de la cuenca altiplánica descargan y llegan a Tacna por el canal Uchusuma.



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Durante el año 2011 operaron los pozos PA-01, PA-04, PA-06, PA-09, PA-10, PA-13 y PA-14, con un

volumen total de 7’467,847.5 m3, lo cual representa un poco menos de la mitad de toda la producción de agua

potable de la Entidad.

De los reportes de los pozos del Ayro los pozos con mayor horas de bombeo son el PA-01 con

5234.4 hrs, le sigue el PA-06 con 4310.7 hrs, el PA-10 con 4520.3 hrs y el PA-13 con 4325.02 hrs.

DATOS GENERALES Y ASUMIDOS

Simb. Valor unid. v. asumido v. convertido Unid.

caudal Q= 3.5 L/S

Gravedad g 9.8 m/S2

Altura h= m 0.40

velocidad V= 2.24 m/s 0.5

Coeficiente de descarga Cd= 0.8

pi π= 3.1416

Diametro D= 4.16 pulg. 2 5.08 cm

N° orificios Na= 5.33 5

Ancho de la pantalla b= 1.4732 m 1.50

Sedimentacion de arena A= cm 10

Diametro del orificio B= cm 5.08

D= cm 3

E= cm 30

Caudal medio diario Qm= m3/s 0.0035

Area de la tuberia A= 0.00875 m2

Altura del agua h= 0.013 cm 30

Longitud canastilla Lc= cm 25

diamtro de la canastilla Dc= 2 pulg. 0.0508 m

Dg 3 pulg. 0.0762 m

Perdida de carga unitaria m/m 0.015



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3.3 PERFIL TOPOGRÁFICO DE LA CIUDAD DE TACNA HASTA LOS POZOS DEL AYRO



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CONTENIDO ANÁLISIS Y DISEÑO DE RED DE CONDUCCIÓN DE AGUA EN LA

CIUDAD DE TACNA Y GENERACIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE

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3.4 COTAS POR KILOMETRO DEL AYRO A TACNA

ALTURAS Y DISTANCIAS DEL AYRO HASTA LA CIUDAD DE TACNA

DISTANCIA KM

ALTURA MSNM

DIFERENCIA

ALTURAS

PENDIENTE

OBSERVACIÓN DISTANCIA KM

ALTURA MSNM

DIFERENCIA

ALTURAS

PENDIENTE

OBSERVACIÓN

85 4,980.00

116.50

Central Hidroeléctrica

42 3,440.00

- 257.00 Bombas de

Impulsión

84 4,835.00

145.00 41

3,810.00

- 370.00

83 4,747.00

88.00 40

3,553.00

257.00

315.10


82 4,731.00

16.00 39

3,183.00

370.00

81 4,721.00

10.00 38

2,883.00

300.00

80 4,655.00

66.00

- 151.50

Bomba de Impulsión

37 2,731.00

152.00

79 4,771.00

- 116.00 36

3,059.00

- 328.00 Bombas de

Impulsión

78 4,958.00

- 187.00 35

3,139.00

- 80.00

77 4,842.00

116.00 34

2,839.00

300.00

222.00 Central

Hidroeléctrica

76 4,873.00

- 31.00 33

2,695.00

144.00

75 4,817.00

56.00 32

2,812.00

- 117.00

74 4,710.00

107.00 31

2,605.00

207.00

73 4,695.00

15.00 30

2,531.00

74.00

72 4,675.00

20.00 29

2,479.00

52.00

71 4,651.00

24.00 28

2,544.00

- 65.00

70 4,592.00

59.00 27

2,529.00

15.00

69 4,591.00

1.00

- 106.95

Bombas de Impulsión

26 2,644.00

- 115.00

206.00


68 4,637.00

- 46.00 25

2,318.00

326.00

67 4,657.00

- 20.00 24

2,397.00

- 79.00

66 4,691.00

- 34.00 23

1,931.00

466.00

65 4,855.00

- 164.00 22

1,863.00

68.00

64 4,935.00

- 80.00 21

1,796.00

67.00

63 5,131.00

- 196.00 20

1,830.00

- 34.00



TEMA:

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TECIM

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E AG

UA

62 5,379.00

- 248.00 19

1,765.00

65.00

61 5,004.00

375.00

251.00 Central

Hidroeléctrica 18

1,577.00

188.00

60 4,877.00

127.00 17

1,464.00

113.00

59 5,064.00

- 187.00

Bombas 16

1,388.00

76.00

58 4,908.00

156.00

15

1,339.00

49.00

57 5,223.00

- 315.00 Bombas 14

1,295.00

44.00

56 4,909.00

314.00

164.50


13 1,207.00

88.00

55 4,715.00

194.00 12

1,199.00

8.00

54 4,598.00

117.00 11

1,204.00

- 5.00

53 4,556.00

42.00 10

1,064.00

140.00

52 4,681.00

- 125.00

371.00


9 1,024.00

40.00

51 4,253.00

428.00 8

989.00

35.00

50 3,939.00

314.00 7

958.00

31.00

49 4,235.00

- 296.00 Bombas 6

923.00

35.00

48 3,899.00

336.00 5

888.00

35.00

47 3,890.00

9.00 4

861.00

27.00

46 3,939.00

- 49.00

254.30


3 823.00

38.00

45 3,715.00

224.00 2

801.00

22.00

44 3,440.00

275.00 1

772.00

29.00

43 3,183.00

257.00 0

745.00

27.00

3.5 CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

3.5.1 ¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA?

Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en

movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a

los alternadores.

Según la potencia instalada, las centrales hidroeléctricas pueden ser:

Centrales hidráulicas de gran potencia: más de 10MW de potencia eléctrica.

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/



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Minicentrales hidráulicas: entre 1MW y 10MW.

Microcentrales hidroeléctricas: menos de 1MW de potencia.

3.5.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

La presa, que se encarga de contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.

Rebosaderos, elementos que permiten liberar parte del agua que es retenida sin que pase por la sala de

máquinas.

Destructores de energía, que se utilizan para evitar que la energía que posee el agua que cae desde los

salientes de una presa de gran altura produzcan, al chocar contra el suelo, grandes erosiones en el terreno.

Básicamente encontramos dos tipos de destructores de energía:

o Los dientes o prismas de cemento, que provocan un aumento de la turbulencia y de los remolinos.

o Los deflectores de salto de esquí, que disipan la energía haciendo aumentar la fricción del agua con

el aire y a través del choque con el colchón de agua que encuentra a su caída.



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Sala de máquinas. Construcción

donde se sitúan las máquinas (turbinas,

alternadores…) y elementos de

regulación y control de la central.

Turbina. Elementos que transforman

en energía mecánica la energía

cinética de una corriente de agua.

Alternador. Tipo de generador

eléctricodestinado a transformar la

energía mecánica en eléctrica.

Conducciones. La alimentación del agua a las turbinas se hace a través de un sistema complejo de

canalizaciones.

En el caso de los canales, se pueden realizar excavando el terreno o de forma artificial mediante

estructuras de hormigón. Su construcción está siempre condicionada a las condiciones geográficas. Por eso,

la mejor solución es construir un túnel de carga, aunque el coste de inversión sea más elevado.

La parte final del recorrido del agua desde la cámara de carga hasta las turbinas se realiza a través

de una tubería forzada. Para la construcción de estas tuberías se utiliza acero para saltos de agua de hasta

2000m y hormigón para saltos de agua de 500m.

Válvulas, dispositivos que permiten controlar y regular la circulación del agua por las tuberías.

Chimeneas de equilibrio: son unos pozos de presión de las turbinas que se utilizan para evitar el llamado

“golpe de ariete”, que se produce cuando hay un cambio repentino de presión debido a la apertura o

cierre rápido de las válvulas en una instalación hidráulica.

3.5.3 LA PRESA

La presa es el primer elemento que encontramos en una central hidroeléctrica. Se encarga de

contener el agua de un río y almacenarla en un embalse.

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/i.-la-energia-y-los-recursos-energeticos


http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/v.-funcionamento-basico-de-generadores




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Con la construcción de una presa se consigue un determinado desnivel de agua, que es aprovechado

para conseguir energía. La presa es un elemento esencial y su forma depende principalmente de la orografía

del terreno y del curso del agua donde se tiene que situar.

Las presas se pueden clasificar, según el material utilizado en su construcción, en presas de tierra y presas de

hormigón.

Las presas de hormigón son las más resistentes y las más utilizadas. Hay tres tipos de presas de

hormigón en función de su estructura:

Presas de gravedad. Son presas de hormigón triangulares con una base ancha que se va haciendo

más estrecha en la parte superior. Son construcciones de larga duración y que no necesitan

mantenimiento. La altura de este tipo de presas está limitada por la resistencia del terreno.

Presa de vuelta. En este tipo de presas la pared es curva. La presión provocada por el agua se transmite

íntegramente hacia las paredes del valle por el efecto del arco. Cuando las condiciones son favorables, la

estructura necesita menos hormigón que una presa de gravedad, pero es difícil encontrar lugares donde

se puedan construir.

Presas de contrafuertes. Tienen una pared que soporta el agua y una serie de contrafuertes o pilares de

forma triangular, que sujetan la pared y transmiten la carga del agua a la base.

En general, se utilizan en terrenos poco estables y no son muy económicas.

3.5.4 LA TURBINA HIDRÁULICA

Las turbinas hidráulicas son el elemento fundamental para el aprovechamiento de la energía en las

centrales hidráulicas. Transforman en energía mecánica la energía cinética (fruto del movimiento) de una

corriente de agua.

Su componente más importante es el rotor, que tiene una serie de palas que son impulsadas por la fuerza

producida por el agua en movimiento, haciéndolo girar.

Las turbinas hidráulicas las podemos clasificar en dos grupos:



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Turbinas de acción. Son aquellas en las que la energía de presión del agua se transforma completamente

en energía cinética. Tienen como característica principal que el agua tiene la máxima presión en la

entrada y la salida del rodillo.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Pelton.

Turbinas de reacción. Son las turbinas en que solamente una parte de la energía de presión del agua se

transforma en energía cinética. En este tipo de turbinas, el agua tiene una presión más pequeña en la

salida que en la entrada.

Un ejemplo de este tipo son las turbinas Kaplan.

Las turbinas que se utilizan actualmente con mejores resultados son las turbinas Pelton, Francis y Kaplan. A

continuación se enumeran sus características técnicas y sus aplicaciones más destacadas:

Turbina Pelton. También se conoce con el nombre de turbina de presión. Son adecuadas para lossaltos

de gran altura y para los caudales relativamente pequeños. La forma de instalación más habitual es

la disposición horizontal del eje.

Turbina Francis. Es conocida como turbina de sobrepresión, porque la presión es variable en las zonas

del rodillo. Las turbinas Francis se pueden usar en saltos de diferentes alturas dentro de un amplio

margen de caudal, pero son de rendimiento óptimo cuando trabajan en un caudal entre el 60 y el 100%

del caudal máximo.

Pueden ser instaladas con el eje en posición horizontal o en posición vertical pero, en general, la

disposición más habitual es la de eje vertical.

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

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



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Turbina Kaplan. Son turbinas de admisión total y de reacción. Se usan en saltos de pequeña altura con

caudales medianos y grandes. Normalmente se instalan con el eje en posición vertical, pero también se

pueden instalar de forma horizontal o inclinada.

En el siguiente juego interactivo puedes comprender mejor la relación entre el caudal y la altura en las centrales

hidroeléctricas.

3.5.5 TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Hay muchos tipos de centrales hidroeléctricas, ya que las características del terreno donde se sitúa la

central condicionan en gran parte su diseño.

Se podría hacer una clasificación en tres modelos básicos:

Centrales de agua fluyente. En este caso no existe embalse, el terreno no tiene mucho desnivel y es

necesario que el caudal del río sea lo suficientemente constante como para asegurar una potencia

determinada durante todo el año. Durante la temporada de precipitaciones abundantes, desarrollan su

máxima potencia y dejan pasar agua excedente. En cambio, durante la época seca, la potencia disminuye

en función del caudal, llegando a ser casi nulo en algunos ríos en verano.

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/centrales-hidroelectricas

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/centrales-hidroelectricas

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptos-basicos/iii.-los-circuitos-electricos



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Centrales de embalses. Mediante la construcción de una o más presas que forman lagos artificiales donde

se almacena un volumen considerable de agua por encima de las turbinas.

El embalse permite graduar la cantidad de agua que pasa por las turbinas. Con el embalse puede

producirse energía eléctrica durante todo el año aunque el río se seque completamente durante algunos

meses, cosa que sería imposible con una central de agua fluyente.

Estas centrales exigen, generalmente, una inversión de capital más grande que la de agua fluyente.

Dentro de estos tipos existen dos variantes de centrales:

Centrales a pie de presa: en un tramo de río con un desnivel apreciable se construye una presa de una

altura determinada. La sala de turbinas está situada después de la presa.

Centrales por derivación de las aguas: las aguas del río

son desviadas mediante una pequeña presa y son

conducidas mediante un canal con una pérdida de

desnivel tan pequeña como sea posible, hasta un pequeño

depósito llamado cámara de carga o de presión. De esta

sala arranca una tubería forzada que va a parar a la sala

de turbinas. Posteriormente, el agua es devuelta río abajo,

mediante un canal de descarga. Se consiguen desniveles

más grandes que en las centrales a pie de presa.

Centrales de bombeo o reversibles. Son un tipo especial

de centrales que hacen posible un uso más racional de los recursos hidráulicos.

Disponen de dos embalses situados a diferente nivel. Cuando la demanda diaria de energía

eléctrica es máxima, estas centrales trabajan como una central hidroeléctrica convencional: el agua cae desde

el embalse superior haciendo girar las turbinas y después queda almacenada en el embalse inferior.

Durante las horas del día de menor demanda, el agua es bombeada al embalse superior para que vuelva a

hacer el ciclo productivo.



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3.5.6 FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

La presa, situada en el curso de un río, acumula artificialmente un volumen de agua para formar un

embalse. Eso permite que el agua adquiera una energía potencial que después se transformará en electricidad.

Para esto, la presa se sitúa aguas arriba, con una válvula que permite controlar la entrada de agua a la galería

de presión; previa a una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina de la sala de máquinas de la

central.

El agua a presión de la tubería forzada va transformando su energía potencial en cinética (es decir,

va perdiendo fuerza y adquiere velocidad). Al llegar a la sala de máquinas el agua actúa sobre los álabes de

la turbina hidráulica, transformando su energía cinética en energía mecánica de rotación.

El eje de la turbina está unido al del generador eléctrico, que al girar convierte la energía rotatoria en corriente

alterna de media tensión.

El agua, una vez ha cedido su energía, es restituida al río aguas abajo de la central a través de un canal de

desagüe.

3.5.7 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Las ventajas de las centrales hidroeléctricas son:

No necesitan combustibles y son limpias.

Muchas veces los embalses de las centrales tienen otras utilidades importantes: el regadío, como

protección contra las inundaciones o para suministrar agua a las poblaciones próximas.

Tienen costes de explotación y mantenimientos bajos.

Las turbinas hidráulicas son de fácil control y tienen unos costes de mantenimiento reducido.

En contra de estas ventajas podemos enumerar los inconvenientes siguientes:

El tiempo de construcción es, en general, más largo que el de otros tipos de centrales eléctricas.

La generación de energía eléctrica está influenciada por las condiciones meteorológicas y puede variar de

estación a estación.

Los costes de inversión por kilovatio instalado son elevados.

En general, están situadas en lugares lejanos del punto de consumo y, por lo tanto, los costes de inversión

en infraestructuras de transporte pueden ser elevados.




http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/vii.-las-centrales-electricas



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3.5.8 IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Siempre se ha considerado que la electricidad de origen hidráulico es una alternativa energética

limpia. Aun así, existen determinados efectos ambientales debido a la construcción de centrales hidroeléctricas

y su infraestructura.

La construcción de presas y, por extensión, la formación de embalses, provocan un impacto ambiental

que se extiende desde los límites superiores del embalse hasta la costa. Este impacto tiene las siguientes

consecuencias, muchas de ellas irreversibles:

Sumerge tierras, alterando el territorio.

Modifica el ciclo de vida de la fauna.

Dificulta la navegación fluvial y el transporte de materiales aguas abajo (nutrientes y sedimentos, como

limos y arcillas).

Disminuye el caudal de los ríos, modificando el nivel de las capas freáticas, la composición del agua

embalsada y el microclima.

Los costes ambientales y sociales pueden ser evitados o reducidos a un nivel aceptable si se evalúan

cuidadosamente y se implantan medidas correctivas. Por todo esto, es importante que en el momento de



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construir una nueva presa se analicen muy bien los posibles impactos ambientales en frente de la necesidad

de crear un nuevo embalse.

3.6 BOMBAS HIDRÁULICAS

3.6.1 EL ARIETE HIDRÁULICO

3.6.1.1 Introducción

La bomba de ariete es una máquina hidráulica que utiliza la energía de una cantidad de agua situada

a una altura ligeramente superior (el desnivel de un río, presa, acequia u otro depósito o caudal) con el objetivo

de elevar una parte de esa agua hasta una altura superior, sin usar, para ello, electricidad o combustible fósil

alguno. El agua suministrada desde la fuente de alimentación desciende por gravedad por la tubería de carga

hasta el cuerpo de la bomba para provocar una sobrepresión ocasionada por la apertura y cierre continuo de

una válvula. Esta sobrepresión producida es el origen del fenómeno físico conocido como golpe de ariete y es

el principio para su funcionamiento.

La bomba de ariete irrumpe en la historia al principio de la era de los grandes inventos, a finales del

siglo XVIII, y alcanzó su adultez paralelamente a las máquinas de vapor y el motor de combustión interna.

La aparición del ariete hidráulico data del año 1772, cuando el inglés John Whitehurst en una

cervecería del condado de Cheshire construyó un ingenio basado en un principio de funcionamiento novedoso:

accionaba manualmente un grifo en una tubería conectada a un tanque de abasto, en un nivel superior, para

provocar el fenómeno conocido como golpe de ariete, que permitía elevar parte del caudal a un tanque de

almacenamiento colocado a una altura de 4,9 metros. El ariete hidráulico luego fue perfeccionado y patentado

en 1796, por el francés Joseh Montgolfier (1740-1810), quien utilizó el invento al que denominó “belier

hydraulique” para elevar agua al molino instalado en su fábrica de papel en Voiron (Francia). Después de la

muerte del ilustre francés otros se ocuparon de añadir bondades al equipo que pronto tuvo una amplia difusión

por todo el mundo. Baste decir, a modo de ejemplo, que estuvo presente en las famosas fuentes del Taj Mahal

en la India, o en el Ameer de Afganistan. Con el tiempo cayó en desuso, sobre todo debido al avance arrollador

de la bomba centrífuga y los bajos costes de la electricidad y de los combustibles fósiles. No obstante la bomba

de ariete sigue siendo una buena solución para abastecer de agua en países en vías de desarrollo y a pequeña



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escala en países desarrollados, donde se suele utilizar por razones de sensibilidad ambiental, o también por

ahorro de costes energéticos, siempre en lugares donde se puedan dar las condiciones apropiadas.

Una de las ventajas que ofrece la bomba de ariete es su escaso mantenimiento. Sólo requiere la

sustitución de pequeños elementos de goma y además, procurar que no lleguen a las válvulas: pequeñas

piedras, hojas o lodos desde la toma de agua. La vida útil puede superar en gran medida con un poco de

mantenimiento, cuarenta años o más.

En Ameya (Nicaragua), se encuentra un ariete funcionando desde 1884. En Cuba algunos modelos

instalados en el siglo XIX todavía resisten la prueba del tiempo y con un mínimo mantenimiento podrían reiniciar

su rítmico accionar.

3.6.1.2 Funcionamiento del ariete hidráulico

Figura 1. Esquema del funcionamiento de una bomba de ariete.



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El funcionamiento de la bomba de ariete es bastante simple y de fácil manejo. El agua procedente de

un depósito, acequia o río desciende por gravedad por la tubería de alimentación o impulso bajo la acción de

un desnivel en relación con el ariete hidráulico. El agua llega hasta el cuerpo o caja de válvulas con velocidad

suficiente para que la presión dinámica cierre la válvula de impulso o ímpetu. El cierre brusco de esta válvula

produce el efecto conocido como golpe de ariete, lo cual origina una sobrepresión en la tubería de alimentación

que provoca la apertura de la válvula de retención, que permite el paso del agua hacia el interior de una cámara

de aire situada en el interior del cuerpo de la bomba. Esta agua provoca la compresión del aire existente y

cierta cantidad de agua asciende por la tubería de bombeo o descarga hasta llegar al depósito de descarga.

El ciclo se repite una y otra vez a un ritmo de entre 60 y 90 golpes por minuto y cuanto más lento sea el

funcionamiento, más agua utiliza y bombea. La tubería de alimentación suele ser de acero galvanizado, PVC,

PE, etc., cuyo diámetro dependerá del caudal utilizado.

El ángulo de inclinación del tubo de alimentación debe estar entre los 10º y los 45º con la horizontal.

El caudal de alimentación del ariete dependerá del diámetro de dicho tubo de acometida. Hay que tener en

cuenta que el agua que se acelera en el tubo de alimentación, es la que provoca el “golpe de ariete”, por lo que

éste ha de tener una longitud, inclinación y diámetro adecuados, sin curvas ni estrechamientos que provoquen

pérdidas de carga por rozamiento.

Con abundante agua y un desnivel de 1,2 m puede llegar a elevarse el agua a una altura superior a

los 70 m., todavía con rendimiento aceptable. El agua se puede conducir a una distancia superior a los 2 km

entre el ariete y el depósito de descarga.

El caudal elevado (q) depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de

trabajo (h) y la altura de elevación (H). La ecuación que relaciona estos factores es la siguiente:



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El rendimiento del ariete hidráulico representa el porcentaje de agua que se puede bombear en

relación al total de la canalizada por el ariete, y varía en función del cociente H/h. Al aumentar el valor resultante,

el rendimiento disminuye.

3.6.2 EL GOLPE DE ARIETE

La Física reconoce el fenómeno denominado golpe de ariete o choque hidráulico, que ocurre cuando

varía bruscamente la presión de un fluido dentro de una tubería, motivado por el cierre o abertura de una llave,

grifo o válvula; también puede producirse por la puesta en marcha o detención de un motor o bomba hidráulica.

Durante la fluctuación brusca de la presión el líquido fluye a lo largo de la tubería a una velocidad definida como

de propagación de la onda de choque.

La energía cinética, que proporciona el agua en movimiento, al ser detenida origina un aumento brusco

o golpe de presión, el cual provoca deformaciones elásticas en el líquido y en las paredes de la tubería. Este

fenómeno, en general, se considera indeseable y por tal razón, con frecuencia se instalan dispositivos de

seguridad.

El científico ruso Nikolai Zhukovski (1847-1921) estudió este fenómeno por primera vez en su obra

Sobre el choque hidráulico, como parte de sus indagaciones hidroaerodinámicas, que constituyen la base

teórica para la ulterior comprensión del funcionamiento de la bomba de golpe de ariete o ariete hidráulico.

Zhukovski definió, en 1889, el golpe de ariete como la variación de presión en los conductos de agua,

provocada por el aumento o disminución brusca de la velocidad del líquido.

3.6.2.1 Tiempo de cierre de una válvula

El cálculo de sobrepresiones depende del tiempo de cierre de una válvula y tanto la teoría como la

práctica demuestran que las máximas sobrepresiones posibles se logran para los casos en los que la maniobra

de cierre sea menor que el tiempo que tarda la onda en su viaje de ida y vuelta hasta la válvula que corta el

paso al fluido. Este tiempo lo denominaremos tiempo crítico tc y según algunos autores equivale a:

Así, teniendo en cuenta el tiempo crítico de cierre, podemos considerar los tiempos de cierre de una

válvula:



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- Cierre rápido: el tiempo de cierre de la válvula es menor que el tiempo crítico (t < tc). En el cierre

rápido de una válvula la onda de presión no tiene tiempo de trasladarse hasta el origen, reflejarse y

volver a dicha válvula antes de termine medio ciclo.

- Cierre lento: el tiempo de cierre de la válvula es mayor que el tiempo crítico (t>tc) por lo que la presión

máxima será menor que en el caso anterior debido a que la depresión de la onda elástica llega a la

válvula antes de que se complete el medio ciclo e impide el aumento de presión.

3.6.2.2 El golpe de ariete aplicado a la ingeniería

Bajo el punto de vista de la ingeniería no se puede observar este fenómeno como perjudicial en todos

los casos, ya que, por ejemplo, en el caso del ariete hidráulico, el golpe de ariete va a ser el principio básico

para el funcionamiento de la bomba del mismo nombre, creando una sobrepresión que posteriormente va a

ser utilizada para impulsar el fluido a un punto más alto.

Es por ello que para el diseño de la bomba de ariete interesa que la válvula de impulso se cierre de la

forma más rápida posible para crear una mayor sobrepresión.

3.6.2.3 Valor de la celeridad

Se denomina celeridad (C) a la velocidad de propagación de la onda de presión a través del agua

contenida en una tubería. Su valor se determina a partir de la ecuación de continuidad y depende

fundamentalmente de las características geométricas y mecánicas de la conducción, así como de la

compresibilidad del agua.

Si el cierre o apertura de la válvula es brusco, es decir, si el tiempo de cierre es menor que el tiempo

que tarda la onda en realizar un ciclo completo de ida y vuelta a través de la tubería, la sobrepresión máxima

se calcula como:

Donde:

C: es la velocidad de la onda (velocidad relativa respecto al fluido) de sobrepresión o depresión,

Vo: es la velocidad media del fluido, en régimen,



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g = 9.81 m/s2 es la aceleración de la gravedad.

A su vez, la velocidad de la onda se calcula como:

Donde:

K: es el módulo elástico del fluido,

r: es la densidad del fluido,

E: es el módulo de elasticidad (módulo de Young) de la tubería que naturalmente depende del material de la

misma,

e: es el espesor de las paredes de la tubería,

D: es el diámetro de la tubería.

Para el caso particular de tener agua como fluido:

r0 = 1000 kg/m3

K= 2.074E + 0.9N/m2

Una expresión práctica propuesta por Allievi, que permite una evaluación rápida del valor de la celeridad

cuando el fluido circulante es agua, es la siguiente:

Siendo:

λ: un coeficiente dependiente de la elasticidad (ε) del material constitutivo de la tubería, que representa

principalmente el efecto de la inercia del grupo motobomba, cuyo valor es:



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3.6.3 ARIETES HIDRÁULICOS EN SERIE Y PARALELO

Existen algunas alternativas para el mejoramiento de la eficiencia de los sistemas tradicionales de

impulsión de agua basados en el ariete hidráulico. Así, en aquellas zonas donde el agua sea un recurso escaso

y la demanda no sea muy elevada, se puede utilizar una disposición en serie con el objetivo de aprovechar el

agua derramada por la válvula de impulso del ariete anterior. Es posible instalar al menos tres arietes en serie,

aunque es de señalar que el tamaño de los arietes sucesivos para el aprovechamiento será más pequeño

conforme se vaya avanzado en la serie. En el caso de que la fuente de agua sea abundante, o al menos no

escasa, y la demanda de agua sea elevada, es recomendable colocar varios arietes en forma paralela

alimentados por un solo tubo de alimentación.

Es conveniente remarcar que los sistemas de bombeo que utilizan varios arietes, bien sea en serie o

en paralelo, son más eficientes ya que presentan una serie de ventajas durante el funcionamiento en la

instalación:

- Si el caudal de suministro decae como consecuencia de un periodo de sequía o por encontrarnos en

la estación más seca del año se puede parar alguna bomba con el objetivo de que la instalación siga

en funcionamiento, aunque reduciendo el caudal de entrega.

- Igualmente, durante las tareas de mantenimiento, éstas se pueden realizar sin desconectar la

instalación completa, sino realizar estas labores de bomba en bomba.

- Las bombas de ariete más pequeñas son más fáciles de trasportar a la hora de realizar una

instalación nueva.



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Como norma general, es de señalar, que el coste inicial de una instalación puede ser mayor, debido

fundamentalmente al mayor número de bombas empleadas, aunque éstas sean de un diámetro más pequeño.

3.6.4 EVOLUCIÓN DEL ARIETE HIDRÁULICO

El ariete hidráulico convencional tiene sus limitaciones y la potencia y rendimiento depende, entre

otros factores, del caudal de alimentación, de la relación H/h y de los elementos constructivos.

En la consolidación de los criterios de la industria moderna, los rendimientos logrados con la bomba

de ariete en su versión convencional parecían insuficientes y por este motivo cayó en desuso, sobre todo

debido al avance arrollador de la bomba centrífuga. Sin embargo, en la actualidad asistimos a un renacer del

interés acerca de este aparato, debido a que es tecnológicamente accesible, eficiente, ecológico y muy

didáctico. Son muy apropiados para trabajar en zonas donde debido a la topografía del terreno existan

pequeños desniveles o quebradas y cuenten con caídas de agua en su recorrido.

Aunque durante bastantes años la tecnología de fabricación de arietes hidráulicos, sobre todo en

países con tecnología poco avanzada, se ha desarrollado en pequeños talleres quienes han trabajado de forma

empírica, pero siempre con un afán innovador, lográndose fabricar sin tener un nivel académico o

conocimientos de hidráulica, con el cual puedan certificar cada uno de estos modelos. Por ello mismo no logran

ofrecer información técnica de los equipos que producen e instalan. Su construcción, instalación y operación

ha dependido exclusivamente de la experiencia de sus promotores. Sin embargo, hoy en día el ariete hidráulico

está siendo objeto de estudio en centros académicos de nivel superior y universidades, y no son pocos los

alumnos que ha utilizado este sistema de bombeo de agua para la realización de sus proyectos de fin de

carrera.

Nuevas herramientas, como el diseño asistido por ordenador, permiten facilitar las investigaciones

relacionadas con los arietes hidráulicos e introducir innovaciones para mejorar su rendimiento. En este sentido,

desde hace unos años se han introducido algunas innovaciones relacionadas con los arietes hidráulicos, en

particular el concepto de ariete hidráulico multiplicador con el que se pretende superar las limitaciones

relacionadas con los grandes volúmenes y peso de los equipos tradicionales y su potencia relativamente baja.

La esencia de estos nuevos métodos constructivos consiste en la sustitución de la única válvula de

impulso de los arietes convencionales por un conjunto de válvulas en posiciones óptimas, generalmente en

línea, para aprovechar mejor los caudales disponibles y aumentar la potencia y los rendimientos. Al ubicar las



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válvulas de manera que una esté a continuación de otra, se obtiene el mismo efecto que se obtendría si el

ariete fuera un ariete convencional, pero con una ganancia muy importante, pues ahora no solo se va a levantar

una masa muy pesada, sino que se van a levantar las tres masas de menor tamaño pero van a bajar los

tiempos desfasados milésimas de segundo, por lo que va a tener el efecto de que bajan en el mismo tiempo,

haciendo que la presión hidrodinámica se incremente por tres en el mismo ciclo, esto se debe a que al levantar

la primera válvula existe una energía remanente que si no existieran las otras dos válvulas se desperdiciaría

haciendo que la tubería de entrada se desgaste más rápidamente.

El ariete hidráulico multiplicador permite aprovechar aquellos cursos de agua donde el desnivel de

trabajo sea reducido (de apenas 30 cm) ya que permite una baja relación entre la velocidad máxima del agua

en el sistema y la velocidad del agua en el momento del cierre de las válvulas, con un mínimo de contraimpulso

para su abertura automática, lo que permite reducir el largo y el diámetro del tubo de impulso. También aporta

la ventaja de reducir la necesidad de amortiguación en la inyección de agua en la cámara de aire, por lo que

puede reducirse su volumen. De esta forma un ariete hidráulico multipulsor de las siguientes características:

Diámetro de la tubería de impulso: 3 pulgadas.

Diámetro de la tubería de descarga: 1,5 pulgadas.

Capacidad del tanque de aire: 0,01 m3.

Cantidad de válvulas: 3 en línea

Peso: 26 kg.

Puede bombear 52 m3 de agua al día hasta una altura de 80 m.

Figura 2. Ariete hidráulico multipulsor.



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4 CÁLCULOS DE DISEÑO DE LA TUBERÍA Y GENERACIÓN DE

ELECTRICIDAD



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5 BIBLIOGRAFÍA

Chapman Román, S. ((1997). Uso del Análisis de Flexibilidad de Sistemas de Tubería para la Selección y

Especificación de Soportes Dinámicos.

Endesa. (15 de 06 de 2014). endesaeduca. Obtenido de

http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/produccion-de-electricidad/xi.-

las-centrales-hidroelectricas

Grinnell Corporation . (1995). Piping Design and Engineering. U.S.A.: 7ma Edición.

Petróleos de Venezuela. (1995). Diseño Mecánico – Módulo II – Diseño de Tuberías. Centro de Educación y

Desarrollo (CIED).

Philips G., R. J. (1997). Guía del Usuario en AutoPIPE 5.0 para Análisis Vibratorio en Sistemas de Tuberías.

Romero Guerrero, J. M. (2014). EL ARIETE HIDRÁULICO. PROYECTO E INSTALACIÓN EN NTONGUI

(Angola). Madrid.

Shigley, J. E. (1984). Diseño en Ingeniería Mecánica. 5ª Edición. México: Mc Graw-Hill.