TESIS-CRISTINA

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD AZCAPOTZALCO 
 
 
 
 
“REDISEÑO DEL SISTEMA HIDRÁULICO PARA EL SUMINISTRO 
DE AGUA POTABLE A UNA CASA HABITACIÓN A TRAVÉS DE 
TANQUES HIDRONEUMÁTICOS” 
 
TESIS PROFESIONAL 
PARA OBTENER EL TITULO DE: 
 
INGENIERO MECÁNICO 
 
 
PRESENTA: 
 
 
MARTÍNEZ CALTZONTZIN CRISTINA 
 
ASESORES: 
 
ING. J. SANTANA VILLARREAL REYES 
M. en C. JUAN JOSÉ MARTÍNEZ COSGALLA 
 
 
 
CIUDAD DE MÉXICO, MARZO DE 2016. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agradecimientos 
 
 
 
Mi más profundo agradecimiento: 
 
A Dios por bendecirme para llegar hasta donde he llegado, porque 
hizo realidad este sueño anhelado. 
 
A mis padres Cristina Caltzontzin, Miguel Martínez y hermanos 
porque nunca me han dejado sola, por confiar en mí, por pedirle a 
Dios que siempre me acompañe y por nunca cortarme las alas. 
 
A mi hija Génesis Alessa Medina por ser mi fortaleza en momentos 
de debilidad, por acompañarme con su amor, comprensión e 
inocencia en todo momento desde que llegó a mi vida. 
 
A mis asesores el Ing. J. Santana Villarreal Reyes y el M. en C. Juan 
José Martínez Cosgalla por guiarme y apoyarme con sus 
conocimientos, tiempo y compromiso desde el comienzo hasta el 
término de la realización de mi tesis profesional. 
 
A mis sinodales el M. en C. Justino González López, el M. en C. Juan 
José Benítez Barrera y el Ing. Oscar Noel Reyes Pedraza por dedicar 
tiempo para leer y evaluar el contenido de mi tesis y así mismo 
aportar con sus conocimientos y experiencia. 
 
Este logró también es de ustedes...... Gracias!!! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
 
 
 Pág. 
 
I. INTRODUCCIÓN I 
II. OBJETIVO II 
III. SIMBOLOGÍA Y NOMENCLATURA III 
IV. SUBÍNDICES IV 
V LETRAS GRIEGAS IV 
VI. JUSTIFICACIÓN IV 
 
 
CAPÍTULO I 
 
 
GENERALIDADES DEL LUGAR 
 
 
1 
 
 
1.1 
 
 
Elementos identitarios del municipio de 
Cuautitlán Izcalli 
 
 
2 
1.2 Fuentes de suministro de agua potable. 6 
1.3 Acerca del agua potable y su distribución en 
México 
9 
1.4 Uso para abastecimiento público. 10 
1.5 Abastecimiento de agua en el municipio de 
Cuautitlán Izcalli 
11 
1.6 Descripción de la casa-habitación 12 
1.7 Distribución por gravedad. 15 
1.8 Distribución por bombeo 15 
1.9 Tanques hidroneumáticos. 16 
 
 
CAPÍTULO II DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA EXISTENTE 19 
 
 
2.1 
 
 
Cisterna 
 
 
20 
2.2 Tanque elevado 20 
2.3 Bomba centrifuga KF 0 21 
2.4 Bomba centrifuga M 99 24 
2.5 Tuberías 26 
 
 
CAPÍTULO III INGENIERÍA BÁSICA 27 
 
 
3.1 
 
 
Definición de fluido 
 
 
28 
3.1.1 Clasificación de los fluidos 28 
3.1.2 Densidad absoluta 29 
 
 
 
 
 
3.1.3 Peso específico 29 
3.1.4 Gravedad específica 29 
3.1.5 Viscosidad dinámica 29 
3.1.6 Viscosidad cinemática 30 
3.1.7 Presión 30 
3.1.7.1 Propiedades de la presión 30 
3.1.8 Presión de vapor 31 
3.1.9 Tipos de flujo 31 
3.1.9.1 Flujo estacionario 31 
3.1.9.2 Flujo uniforme 31 
3.1.9.3 Flujos compresibles e incompresibles 31 
3.2 Ecuaciones fundamentales para un volumen de 
control 
32 
3.2.1 Ecuación de continuidad 32 
3.2.2 Ecuación de Bernoulli 34 
3.2.3 Ecuación generalizada de la energía. (Extendida de 
Bernoulli) 
35 
3.3 Número de Reynolds 36 
3.4 Pérdidas por fricción en tuberías 37 
3.4.1 Fricción en un fluido 37 
3.4.2 Pérdidas de fricción en flujo laminar 38 
3.4.3 Pérdidas por fricción en flujo turbulento 39 
3.4.4 Pérdidas menores en tuberías 41 
3.4.5 Método de las longitudes equivalentes 42 
3.5 Redes hidráulicas 44 
3.5.1 Sistemas de tuberías en serie 44 
3.5.2 Sistemas de tuberías en paralelo 44 
3.5.3 Análisis de redes de tuberías 47 
3.6 Definición de bomba 49 
3.6.1 Clasificación de las bombas 49 
3.6.2 Parámetros involucrados en la selección de 
bombas 
52 
3.7 Carga neta positiva de succión (CNPS) 52 
3.7.1 Cavitación 52 
3.7.2 CNPSD 54 
3.7.2.1 Cálculo de la CNPSD 54 
3.8 Sistema hidroneumático 55 
 
 
CAPÍTULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO 57 
 
 
4.1 
 
 
Determinación del caudal 
 
 
58 
4.2 Diseño de la red de distribución 59 
4.3 Cálculo de presiones 61 
4.3.1 Cálculo de presión en línea principal 62 
4.3.2 Cálculo de apertura y cierre de válvulas 83 
4.4 Selección del tanque hidroneumático 104 
 
 
 
 
 
4.5 Diseño de cisterna 104 
4.6 Selección del equipo de bombeo 105 
 
 
CAPÍTULO V COSTOS 115 
 
 
5.1 
 
 
Costo de tubería 
 
 
116 
5.2 Costo de accesorios 117 
5.3 Costos del equipo de bombeo 118 
5.4 Costos de Ingeniería 118 
 
 
CONCLUSIONES 119 
 
BIBLIOGRAFÍA 120 
 
ANEXOS 
 
 121 
Anexo 1: Planos 122 
Anexo 2: Normas 135 
Anexo 3: Tubería rígida de cobre tipo “K” 138 
Anexo 4: Longitud equivalente de tubería para válvulas y 
accesorios 
139 
Anexo 5: Valores de CV y porcentaje de apertura de válvulas 139 
Anexo 6: Bomba SAER CB 40 140 
Anexo 7: Presión atmosférica y de vapor del agua 141 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
I. INTRODUCCIÓN. 
 
 
Un suministro seguro de agua potable es necesidad básica en la sociedad, es por 
eso que los sistemas de distribución son de enorme importancia. 
La historia del transporte de agua a través de tuberías para el consumo humano 
inicia hace 3500 años, cuando por primera vez se utilizaron en la isla de Creta. 
Estas tuberías primitivas eran construidas con materiales como plomo y madera. 
Después, en el siglo XVIII estos materiales fueron reemplazados por hierro fundido 
y para el siglo XX se incrementó el uso de diferentes materiales en la fabricación 
de tuberías. 
Por tal motivo, grandes sumas de dinero son invertidas cada año para proveer y 
mejorar este servicio siendo la mayor parte del capital destinada a los sistemas de 
suministro de agua y a las redes de distribución. 
La infraestructura del suministro de agua varía, según su complejidad desde una 
ciudad rural simple, hasta una gran ciudad controlada por sistemas 
computarizados. Sin embargo, el objetivo principal de todo sistema es el de 
proveer agua al menor costo. 
Dadas las condiciones actuales de disponibilidad de agua estamos obligados a ser 
más eficientes en su uso y administración. 
Realizando un análisis integral de la red de distribución y del equipo de bombeo en 
casas-habitación se determinarán las medidas convenientes para lograr un óptimo 
desempeño del sistema que pueda cumplir con los requerimientos de los usuarios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
II. OBJETIVO. 
 
 
Rediseñar el sistema hidráulico para el suministro de agua potable de una casa 
habitación atendiendo a las necesidades de caudal y presión requeridos en los 
puntos de consumo como son: tarja, W.C., lavabos, mingitorios y riego de áreas 
verdes, debido a que en la actualidad la presión que se tiene en estos puntos es 
deficiente, por lo que se pretende cambiar el sistema de alimentación, que es por 
gravedad, por un tanque hidroneumático, utilizando las ecuaciones de continuidad, 
balance de energía y pérdidas de rozamiento para poder determinar el equipo mas 
idóneo que se debe seleccionar e instalar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III. SIMBOLOGÍA Y NOMENCLATURA. 
 
 
A Área. 
D Diámetro. 
Dconducción Diámetro de conducción. 
Ddescárga Diámetro de descarga. 
℮p Energía de presión. 
℮v Energía cinética. 
℮z Energía geodésica. 
g Aceleración de la gravedad. 
H Carga de la bomba. 
+ Eficiencia de la bomba. 
Hr Suma de las pérdidas primarias y secundarias. 
Hrp Pérdidas primarias. 
Hrs Pérdida de carga secundaria. 
k Rugosidad absoluta. 
kV Kilo volts. 
l Litros. 
L Longitud total de los tramos rectos de tubería. 
Le Longitud equivalente. 
Le Sumatoria de todas las longitudes equivalentes de los accesorios en 
 cuestión. 
lps litros por segundo. 
m Metros. 
Nt Potencia. 
N Velocidad de rotación. 
P Presión. 
Q Gasto volumétrico. 
Re Número de Reynolds. 
s Segundos. 
V Velocidad.V Volumen. 
W Peso. 
Z Altura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IV. SUBÍNDICES. 
 
 
abs Absoluta. 
atm Atmosférica. 
int Interior. 
r Relativa. 
s Succión. 
vp Vapor. 
 
 
 
V. LETRAS GRIEGAS. 
 
 
 Factor adimensional. 
Ø Diámetro. 
v Viscosidad cinemática. 
γ Peso especifico. 
δ Densidad relativa. 
Ζ Coeficiente adimensional de pérdida de carga secundaria. 
λ Coeficiente de pérdidas (diagrama de Moody). 
μ Viscosidad dinámica. 
ρ Densidad absoluta o especifica del fluido. 
 
 
 
VI. JUSTIFICACIÓN. 
 
Uno de los problemas en el suministro de agua potable a casas habitación, es la 
falta de presión y caudal que se requieren en los puntos de consumo, debido al 
mal diseño de la red hidráulica y a la mala selección del equipo de bombeo, por 
esta razón surge la necesidad de realizar el rediseño de tuberías y cambiar el 
sistema de distribución de tanques elevados por un tanque hidroneumático. 
 
 
 
 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
GENERALIDADES DEL LUGAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
1.1 Elementos identitarios del municipio de Cuautitlán Izcalli. 
Toponomia. 
El nombre del municipio de Cuautitlán Izcalli tiene su origen en el idioma náhuatl, y 
significa: «tu casa entre los árboles», puesto que Cuahu(i)-
tl (árbol), tlan (entre), iz (aquí) que toma el sentido «tu» y calli (casa). Laitlán; los 
otomíes llamaban a Cuautitlán ttza). 
Glifo. 
Su glifo está formado por un árbol con una dentadura abierta al centro del tronco y 
significa "abundancia entre las cabezas" los usos o malacatez con el algodón son 
el glifo que representaba a la diosa Tlazolteotl, diosa de los tejedores e Izcalli está 
representada por el glifo calli, "casa" fue realizado por un estudiante para un 
concurso municipal y de entre varios, ese fue elegido desde hace poco más de 
cuarenta años. 
Logotipo. 
Además de su glifo, desde su creación cuenta con un logotipo, el cual se forma 
por un triángulo color rojo, fragmentado en el centro de cada uno de sus lados y 
con las puntas redondeadas, que representa la conjunción de los municipios de 
Cuautitlán, Tepotzotlán y Tultitlán; cuyo territorio se segregó, debido al 
fraccionamiento industrial que llevaba ese nombre , por decreto gubernamental el 
23 de junio de 1973, para construir el municipio 121 del estado de México. Al 
interior del triángulo destaca un círculo blanco con ramificaciones hacia el centro 
de cada uno de los lados que forman el triángulo. En el centro formando una sola 
imagen, aparecen integradas una letra "C" en color verde y una letra "I" en color 
negro, esta imagen representa a su vez un árbol, el cual hace alusión al 
significado «tu casa entre los árboles». Los colores verde, blanco y rojo, 
https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%A1huatl
https://es.wikipedia.org/wiki/Glifo
https://es.wikipedia.org/wiki/Tepotzotl%C3%A1n
https://es.wikipedia.org/wiki/Tultitl%C3%A1n
 
 
 
 3 
representan la simbología de nuestra enseña patria. Es de esta manera que este 
municipio adquirió el nombre que lleva hasta la actualidad. 
Ubicación del municipio de Cuautitlán Izcalli. 
El Municipio de Cuautitlán Izcalli, se localiza en la parte noroeste de la cuenca 
de México. Su cabecera municipal se encuentra en las coordenadas 19° 40’ 50’’ 
(19.65682) de la latitud norte y a los 99° 12’ 25’’ (-99.20953) de la longitud oeste. 
Tiene una extensión territorial de 109.924 km² por lo que representa el 0.5% de la 
superficie del Estado; colinda al norte con el Municipio 
de Tepotzotlán, Cuautitlán y Teoloyucan, al este con Cuautitlán y Tultitlán, al sur 
con Tlalnepantla de Baz y Atizapán de Zaragoza; al oeste con Nicolás 
Romero y Tepotzotlán. Ubicado a lo largo del cordón de infraestructura formado 
por la Autopista México-Querétaro, la carretera Cuautitlán-Tepotzotlán, 
actualmente con acceso a la vía rápida del Circuito Exterior Mexiquense que 
recorre 18 municipios del Estado de México y conecta las autopistas de: México-
Querétaro, Chamapa-Lechería, México-Pachuca, México-Tuxpan, Peñón-Texcoco, 
México-Toluca y México-Puebla; y los grandes colectores centrales y poniente de 
la Ciudad de México. También comunicado mediante el Tren Suburbano que va de 
Cuautitlán de Romero Rubio a la estación de Buenavista, el cual cuenta con tres 
estaciones cercanas y con transporte público para Cuautitlán Izcalli. Beneficiando 
a automovilistas, transportistas y motociclistas, contribuye a la disminución del 
tránsito vehicular y tiempos de traslados, así como una significativa reducción de 
emisiones contaminantes. 
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9xico
https://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas
https://es.wikipedia.org/wiki/Estado
https://es.wikipedia.org/wiki/Tepotzotl%C3%A1n
https://es.wikipedia.org/wiki/Cuautitl%C3%A1n_(estado_de_M%C3%A9xico)
https://es.wikipedia.org/wiki/Teoloyucan
https://es.wikipedia.org/wiki/Cuautitl%C3%A1n_(estado_de_M%C3%A9xico)
https://es.wikipedia.org/wiki/Tultitl%C3%A1n
https://es.wikipedia.org/wiki/Tlalnepantla_de_Baz
https://es.wikipedia.org/wiki/Atizap%C3%A1n_de_Zaragoza
https://es.wikipedia.org/wiki/Nicol%C3%A1s_Romero_(municipio)
https://es.wikipedia.org/wiki/Nicol%C3%A1s_Romero_(municipio)
https://es.wikipedia.org/wiki/Tepotzotl%C3%A1n
 
 
 
 4 
 
Fig. 1.1 Ubicación geográfica del municipio de Cuautitlán Izcalli. 
Geografía. 
El Municipio tiene una topografía cuyas principales elevaciones son el cerro de 
Barrientos con una altura de 2430 msnm y el cerro de Axotlán, de 2300 msnm, el 
resto del territorio presenta planicies y suaves lomeríos. La superficie territorial 
está conformada por un área plana en la parte centro y norte del municipio; las 
áreas planas ocupan una extensión de 6,100 ha las cuales están formadas por 
aluvión mientras en los lomeríos, que tienen una extensión de 4,700 ha, forman el 
substrato por areniscas y tobas volcánicas. Cuautitlán Izcalli tiene una altura 
promedio de 2,252 msnm, sus porciones más altas están ubicadas al sur con una 
máxima altura de 2430 msnm y la más baja se encuentra al occidente con 2,250 
msnm, la cabecera municipal; también la laguna que está en el pueblo de Axotlan 
la cual se está dando una restauración del ecosistema. 
https://es.wikipedia.org/wiki/Msnm
https://es.wikipedia.org/wiki/Msnm
 
 
 
 5 
Población. 
En el censo de población de México del 2010 se decreta que Cuautitlán Izcalli 
contaba con una población de 511,675 (INEGI, 2010). 
Hidrografía. 
La principal corriente de agua es el Río Cuautitlán, que atraviesa una extensión 
aproximada de 40 kilómetros del territorio municipal. Otras corrientes son el Río 
Hondo de Tepotzotlán, San Pablo y San Pedro. Los principales cuerpos de agua 
son cinco: La Presa de Guadalupe, La Laguna de la Piedad, El Espejo de los 
Lirios, La Presa de Angulo y la Laguna de Axotlán. Existen otros ríos conocidos 
como El Rosario, El Huerto, San Agustín y San Pablo, de menor importancia, al 
igual que como Las Palomas, Las Colinas, Los Sauces, Los Lirios, Los Valles, 
Huayapango, Córdoba, Río Chiquito, San Lorenzo y El Molino. Cuenta con 50 
pozos profundos de los cuales 8 están abatidos; posee 11 estaciones de bombeo 
de agua potable, 7 cárcamos de aguas negras, 18 tanques de almacenamiento y 
regulación, además de 55 fuentes propias de abastecimiento de agua potable. El 
Lago de Guadalupe es una presa que fue construida en 1936 y 1943, para el 
control de inundaciones y riego, se extiende a lo largo de 348 hectáreas a 2 mil 
200 metros sobre el nivel del mar. Pertenece a la cuenca del Río Moctezuma. La 
presa es el segundo cuerpo de agua más importante del Valle de México y es 
abastecido por los Ríos Cuautitlán, Xinte y San Pedro; además de estar conectado 
a la laguna de Zumpango. 
Ubicación del domicilio de la casa habitación. 
La casa habitación sujeta a estudio está situada en el municipio de Cuautitlán 
Izcalli, Tenango del Valle Núm. 43, Colonia Cumbria y depende en primera 
instanciadel suministro potable del organismo público descentralizado municipal 
https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo_Cuautitl%C3%A1n
 
 
 
 6 
encargado de la distribución de agua potable denominado: “OPERAGUA IZCALLI 
O.P.D.M.” 
 
Fig. 1.2 Ubicación geográfica del domicilio de la casa habitación. 
1.2 Fuentes de suministro de agua potable. 
Se conoce como red de abastecimiento de agua potable al sistema que permite 
que llegue el agua desde el lugar de captación al punto de consumo en 
condiciones correctas, tanto en calidad como en cantidad. Este sistema se puede 
clasificar por la fuente del agua en: agua de mar, agua superficial; esta procede de 
lagos o ríos, agua de lluvia almacenada, agua subterránea y las aguas 
procedentes de manantiales naturales. Es importante tener en cuenta que esta 
agua antes de ser enviadas a las viviendas se transformará en agua potable, 
dependiendo el origen de estas, se le hará un proceso de saneamiento y 
desinfección. 
Origen del agua 
Los sistemas de abastecimiento de agua potable se pueden clasificar por la fuente 
del agua, del que se obtienen: 
 
 
 
 7 
 Agua de lluvia almacenada en aljibes. 
 Agua proveniente de manantiales naturales, donde el agua subterránea aflora 
a la superficie; 
 Agua subterránea, captada a través de pozos o galerías filtrantes; 
 Agua superficial (lleva un previo tratamiento), proveniente 
de ríos, arroyos, embalses o lagos naturales; 
 Agua de mar (esta debe necesariamente ser desalinizada). 
Según el origen del agua, para transformarla en agua potable deberá ser sometida 
a tratamientos, que van desde la simple desinfección y filtración, hasta la 
desalinización. El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que 
es el que utiliza aguas superficiales, consta de cinco partes principales: 
 Captación; 
 Almacenamiento de agua bruta; 
 Tratamiento; 
 Almacenamiento de agua tratada; 
 Red de distribución abierta 
Captación. 
La captación de un manantial debe hacerse con todo cuidado, protegiendo el lugar 
de afloramiento de posibles contaminaciones, delimitando un área de protección 
cerrada. La captación de las agua superficiales se hace mediante bocatomas, en 
algunos casos se utilizan galerías filtrantes, paralelas o perpendiculares al curso 
de agua para captar las aguas que resultan así con un filtrado preliminar. La 
captación de las aguas subterráneas se hace mediante pozos o galerías filtrantes. 
Tratamiento. 
El tipo de tratamiento es muy variado en función de la calidad del agua bruta. 
Una planta de tratamiento de agua potable completa generalmente consta de los 
siguientes componentes: 
https://es.wikipedia.org/wiki/Aljibe
https://es.wikipedia.org/wiki/Manantial
https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea
https://es.wikipedia.org/wiki/Pozo
https://es.wikipedia.org/wiki/Galer%C3%ADa_filtrante
https://es.wikipedia.org/wiki/R%C3%ADo
https://es.wikipedia.org/wiki/Arroyo
https://es.wikipedia.org/wiki/Embalse
https://es.wikipedia.org/wiki/Lago
https://es.wikipedia.org/wiki/Desalinizaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Desinfecci%C3%B3n_del_agua_para_potable
https://es.wikipedia.org/wiki/Filtraci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Desalinizaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Manantial
https://es.wikipedia.org/wiki/Bocatoma
https://es.wikipedia.org/wiki/Galer%C3%ADa_filtrante
https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_subterr%C3%A1nea
https://es.wikipedia.org/wiki/Pozo
https://es.wikipedia.org/wiki/Calidad_del_agua
https://es.wikipedia.org/wiki/Planta_de_tratamiento_de_agua_potable
 
 
 
 8 
 Reja para la retención de material grueso, tanto flotante como de arrastre de 
fondo; 
 Desarenador, para retener el material en suspensión de tamaño fino; 
 Floculadores, donde se adicionan químicos que facilitan la decantación de 
sustancias en suspensión coloidal y materiales muy finos en general; 
 Decantadores, o sedimentadores que separan una parte importante del 
material fino; 
 Filtros, que terminan de retirar el material en suspensión; 
 Dispositivo de desinfección. 
En casos especiales, en función de la calidad del agua se deben considerar, para 
rendir estas aguas potables, tratamientos especiales, como por ejemplo: 
 la osmosis inversa; 
 tratamiento a través de intercambio iónico; 
 filtros con carbón activado. 
Obviamente estos tratamientos encarecen el agua potable y solo son aplicados 
cuando no hay otra solución. 
Almacenamiento de agua tratada. 
El almacenamiento del agua tratada tiene la función de compensar las variaciones 
horarias del consumo, y almacenar un volumen estratégico para situaciones de 
emergencia, como por ejemplo incendios. Existen dos tipos de tanques para agua 
tratada, tanques apoyados en el suelo y tanques elevados, cada uno dotado de 
dosificador o hipoclorador para darle el tratamiento y volverla apta para el 
consumo humano. 
Desde el punto de vista de su localización con relación a la red de distribución se 
distinguen en tanques de cabecera y tanques de cola: 
https://es.wikipedia.org/wiki/Reja_(hidr%C3%A1ulica)
https://es.wikipedia.org/wiki/Desarenador
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Material_en_suspensi%C3%B3n&action=edit&redlink=1
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Floculador&action=edit&redlink=1
https://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_coloidal
https://es.wikipedia.org/wiki/Decantador
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Sedimentador&action=edit&redlink=1
https://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_de_tratamiento_de_agua_potable
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Dispositivo_de_desinfecci%C3%B3n&action=edit&redlink=1
https://es.wikipedia.org/wiki/Osmosis_inversa
https://es.wikipedia.org/wiki/Intercambio_i%C3%B3nico
https://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n_activado
https://es.wikipedia.org/wiki/Incendio
https://es.wikipedia.org/wiki/Tanque_de_agua
 
 
 
 9 
 Los tanques de cabecera, se sitúan aguas arriba de la red que alimentan. Toda 
el agua que se distribuye en la red tiene necesariamente que pasar por el 
tanque de cabecera. 
 Los tanques de cola, como su nombre lo dice, se sitúan en el extremo opuesto 
de la red, en relación al punto en que la línea de aducción llega a la red. No 
toda el agua distribuida por la red pasa por el tanque de cola. 
 
Red de distribución. 
La línea de distribución se inicia, generalmente, en el tanque de agua tratada. 
Consta de: 
 Estaciones de bombeo; 
 Tuberías principales, secundarias y terciarias; 
 Tanques de almacenamiento intermediarios; 
 Válvulas que permitan operar la red, y sectorizar el suministro en casos 
excepcionales, como son: en casos de rupturas y en casos de emergencias 
por escasez de agua; 
 Dispositivos para macro y micro medición. Se utiliza para ello uno de los 
diversos tipos de medidores de volumen; 
 Derivaciones domiciliares. 
Las redes de distribución de agua potable en los pueblos y ciudades son 
generalmente redes que forman anillos cerrados. Por el contrario las redes de 
distribución de agua en las comunidades rurales dispersas son ramificadas. 
1.3 Acerca del agua potable y su distribución en México. 
La misión de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), consiste en administrar 
y preservar las aguas nacionales con la participación de la sociedad para lograr el 
https://es.wikipedia.org/wiki/Aguas_arriba
https://es.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_de_bombeo
https://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa
https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_hidr%C3%A1ulica
https://es.wikipedia.org/wiki/Escasez_de_agua
https://es.wikipedia.org/wiki/Caudal%C3%ADmetro
 
 
 
 10 
uso sustentable del recurso. Para cumplir con este propósito, la Comisión se 
divide operativamente en tres áreas: 
1. Oficinas Centrales. 
2. Organismos de Cuenca. 
3. Direcciones Locales. 
 
1.4 Uso para abastecimiento público. 
El uso para abastecimiento público, incluye la totalidad del agua entregada a 
través de las redes de agua potable, las cualesabastecen a los usuarios 
domésticos, así como a las diversas industrias y servicios conectados a dichas 
redes. De acuerdo con los censos de captación, tratamiento y suministro de agua 
realizados por el INEGI a los organismos operadores del país, se determinó que 
en el 2003 el 82% del agua suministrada por las redes de agua potable fue para 
uso doméstico y el 18% restante para industrias y servicios. 
El Distrito Federal tiene un nivel de agua no rentable del 40%, próximo a la media 
nacional, lo que implica que únicamente el 60% del agua bombeada en el sistema 
se factura realmente. Un gran porcentaje del agua no rentable se debe a las fugas 
y a las conexiones ilegales. Además, el sistema de agua de la ciudad de México 
(SACM), tiene con creces la eficiencia de cobro más baja entre las 25 
municipalidades principales, ya que sólo recibe el pago del 40% de todas sus 
boletas. Por lo tanto, sólo el 24% (el 60% se factura, el 40% de las boletas se 
paga) del agua bombeada en el sistema se paga. El nivel de agua no rentable en 
el Estado de México es inferior, de modo que el nivel medio de la zona 
metropolitana es del 36%. Las cifras en cuanto al uso de agua per cápita son 
difíciles de comparar a lo largo del tiempo. El Instituto Nacional de Estadística y 
Geografía estableció el uso de agua del Distrito Federal en 223 litros/día en 1999 
(probablemente tras las pérdidas), incluidos 164 litros de uso residencial y 59 litros 
para usos industriales y comerciales. 
Para nuestro proyecto se tomará una dotación de agua de uso residencial de 164 
litros por día y por habitante. 
 
 
 
 11 
1.5 Abastecimiento de agua en el municipio de Cuautitlán Izcalli. 
 
Se necesita recibir un suministro confiable por parte de las instituciones 
encargadas de este servicio. Debido a las numerosas irregularidades en la 
distribución de agua potable en México es importante cuidar estos recursos 
hídricos con los que se cuenta. A continuación se muestra el programa de 
abastecimiento de agua potable publicado por el Organismo Público 
Descentralizado para la Prestación de los Servicios de Agua Potable, 
Alcantarillado y Saneamiento denominado “OPERAGUA IZCALLI O.P.D.M”: 
 
Tabla 1.1. Programa de abastecimiento de agua en 2010 de acuerdo a “OPERAGUA IZCALLI 
O.P.D.M.” 
San 
Isidro 
De 
8:00 a 
15:00 hrs. 
Lunes a 
Domingo 
9.00 2,145.00 3.72 
 
Colonia Horario Días Horas Población Gasto ( 
 
 ⁄ ) 
Arcos de 
la 
Hacienda 
De 1:30 a 
6:00 hrs. 
Lunes a 
Viernes 
4.50 5,811.00 10.09 
Cumbria 
De 23:00 a 
4:30 hrs. 
Lunes a 
Viernes 
5.50 32,480.00 56.39 
La Perla 
De 2:00 a 
8:00 hrs. 
Lunes a 
viernes 
6.00 1,580.00 2.74 
Rincón 
Colonial 
De 2:00 a 
6:00 hrs. 
Lunes a 
Viernes 
4.00 559.00 0.97 
Santa 
Rosa de 
Lima 
De 2:00 a 
8:00 hrs. 
Lunes a 
viernes 
6.00 9,094.00 15.79 
Ensueños 
De 4:30 a 
7:00 hrs. 
Lunes a 
Viernes 
2.50 24,011.00 41.69 
Sección 
Parques 
De 1:30 a 
6:00 hrs. 
Lunes a 
Viernes 
4.50 12,344.00 21.43 
 
 
 
 12 
1.6 Descripción de la casa-habitación. 
La casa residencial en estudio está actualmente habitada por 10 personas. Se 
muestra en el plano arquitectónico, su distribución (Anexo 1, Plano A) donde se 
determina que cuenta con 215 m
2 
de construcción. 
Tabla 1.2. Distribución de planta 
Planta Baja Planta Alta 
Baño 1 Baño 3 
Baño 2 Baño 4 
Cocina Bodega 
Comedor Estudio 
Consultorio Recamara 1 
Cuarto de Lavado Recamara 2 
Cuarto de Visitas Recamara 3 
Desayunador Recamara 4 
Sala Recamara 5 
Vestíbulo Vestidor 
Vestidor 
 
En el estudio del sistema hidráulico se consideran los baños (siendo en total 
cuatro con regadera incluida), cocina y cuarto de lavado que son los puntos, 
donde, se requiere una distribución de agua con caudal constante y sin caídas de 
presión. De igual manera se estima un consumo diario mínimo de 200 litros por 
habitante por día (Alegria, 1990), dando un total requerido de 2000 litros diarios de 
consumo. Actualmente, no se tiene la suficiente presión de trabajo en la red, ya 
que solo con el tanque elevado no hay suficiente presión (6 mcH2O) para 
satisfacer las necesidades de agua en toda la casa. Debido a esto se recurrió a la 
utilización de dos bombas: una que se encarga de bombear desde la cisterna 
hasta el tanque elevado y una segunda instalada a la salida del tanque, la razón 
de este arreglo es debido a la baja presión en los diferentes puntos de consumo 
de agua potable en la casa habitación, quizá se deba a la falta de ingeniería o al 
nivel del tanque de almacenamiento que se tiene. 
 
 
 
 13 
Esto representa un aumento considerable de energía eléctrica debido a la 
utilización de dos bombas resultando en altos costos mensuales de consumo. 
 
Figura 1.3. Baño 1. a) Lavamanos b) Regadera c) Sanitario 
 
Figura 1.4. Baño 2. a) Lavamanos b) Sanitario 
 
Figura 1.5. Baño 3. a) Lavamanos b) Regadera c) Sanitario 
 
 
 
 14 
 
Figura 1.6. Baño 4. a) Lavamanos b) Regadera c) Sanitario 
 
Figura 1.7. Cuarto de lavado 
 
Figura 1.8. Cocina 
 
 
 
 
 
 15 
1.7 Distribución por gravedad. 
 
En el caso de sistemas que dependen de la gravedad, el punto de entrada puede 
ser cualquier contenedor o depósito de agua en el punto con elevación máxima 
con respecto a cualquier otro punto del sistema. Esto limita al sistema ya que solo 
será posible utilizarlo cuando la diferencia topográfica entre la fuente y la demanda 
sea razonablemente alta. 
 
En la figura 1.9 se muestra el arreglo común de un sistema de distribución por 
gravedad. Este aprovecha la energía potencial desde un punto con mayor carga 
de elevación hasta la salida localizada por debajo. En este caso no es necesario 
agregar un dispositivo que incremente la energía del fluido pero depende de un 
nivel constante en el contenedor para un desempeño eficiente. 
 
 
 
 
 
Figura 1.9. Distribución por gravedad 
 
1.8 Distribución por bombeo. 
Cuando no hay una diferencia de alturas que favorezca la distribución de agua en 
la redes necesario incorporar al sistema una bomba que suministre energía al 
fluido. 
 
 
 
 16 
Esta situación se presenta cada vez que el punto de salida del depósito de agua 
se encuentre por debajo de la línea de consumo. Este arreglo es común 
encontrarlo en casas habitación. Desde una cisterna se bombea agua hasta cierta 
altura por arriba del depósito hasta descargar en un tanque elevado que almacena 
el fluido hasta que se requiera. 
 
 
Figura 1.10. Distribución por bombeo 
 
1.9 Tanques hidroneumáticos. 
Los equipos hidroneumáticos son una opción eficiente con grandes ventajas frente 
a los sistemas antes mencionados. Este sistema evita construir tanques elevados, 
colocando un sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión. 
Esto hace que la red hidráulica mantenga una presión óptima, mejorando el 
funcionamiento de lavadoras, regaderas, llenado rápido de inodoros, fluxómetros, 
entre otros. 
Los sistemas hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad del aire. 
El agua es trasladada a un tanque de almacenamiento a través de un sistema de 
bomba para ser impulsada a un recipiente a presión de dimensiones y 
características basadas en función a los cálculos realizados para la red. 
Al ingresar el agua al recipiente, comprime al aire resultando en un aumento de 
presión. Cuando se llega al nivel predeterminado de presión máxima se produce 
 
 
 
 17 
una señal de paro de la bomba. Cuando el nivel de presión baja a un mínimo 
preestablecido se acciona la bomba nuevamente. 
Un sistema hidroneumático debe estar constituido por los siguientes componentes: 
 Tanque de presión. 
 Número de bombas de acuerdo a las exigencias de la red. 
 Interruptor eléctrico para detener el funcionamiento del sistema. 
 Llaves de purga en las tuberías de drenaje. 
 Válvula de retención en cada una de las tuberías de descarga de lasbombas al estanque hidroneumático. 
 Conexiones flexibles para absorber las vibraciones. 
 Llaves de paso entre la bomba y el equipo hidroneumático. 
 Manómetro. 
 Válvulas de seguridad. 
 Dispositivo para control automático de la relación aire/agua. 
 Interruptores de presión para arranque a presión mínima y parada a presión 
máxima. 
 Indicador exterior de los niveles en el tanque de presión. 
 Tablero de potencia y control de motores 
 Dispositivo de drenaje del tanque hidroneumático y su correspondiente llave 
de paso. 
 Compresor u otro mecanismo que reponga el aire perdido en el tanque 
hidroneumático. 
 
 
 
 
 18 
 
 
Figura 1.11. Esquema de sistema hidroneumático. 
 
 
 
 
 
Tanque 
de 
Presión 
Presostato 
Manómetro 
Cargador de 
aire 
Tablero 
Eléctrico 
Descarga 
Tubo Vacío 
Limpieza 
Bomba 
Válvula de 
pie 
Flotante 
mecánico 
Flotante 
eléctrico 
 
 
 
 19 
 
 
 
CAPÍTULO 
II 
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 
EXISTENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 20 
2.1 Cisterna. 
 
Capacidad de 4 metros cúbicos. Dimensiones: 210 X 175 X 110 cm. 
 
 
 
Figura 2.1. Cisterna 
 
2.2 Tanque elevado. 
 
Tanque para 45 años de duración; marca rotoplas, modelo clásico cuenta con 
capa para evitar la reproducción de bacterias y tapa de cierre perfecto, flotador de 
polietileno de alta densidad para trabajos de alta y baja presión, capacidad de 
1100 litros (no se llena por completo, solo el límite que indica el fabricante), 
diámetro interno: 1,10 m y altura: 1,40 m. (de acuerdo al manual de instalación y 
mantenimiento del fabricante). 
 
 
 
 21 
 
Figura 2.2. Tanque elevado 
 
2.3 Bomba centrifuga KF 0. 
 
Esta electrobomba se utiliza en sistemas domésticos, abastecimiento de agua, 
regado de áreas verdes, vaciado y llenado de cisternas. Funcionan sólo con 
fluidos limpios. Las características de funcionamiento indicadas se refieren a un 
uso continuo y en agua limpia: 
 
Datos de Placa: 
 
 Voltaje: 127 V a 60 Hz. 
 Intensidad de Corriente: 4,5 A. 
 Corriente a Plena Carga: 44 A. 
 Número de Revoluciones por Minuto: 3450. 
 Rango de Caudal: 0,6 a 2,4 m3/h. 
 
 
 
 22 
 Altura manométrica: 24,4 metros columna de agua. 
 
Tabla 2.1. Especificaciones técnicas de la bomba actual. 
 
 COMPONENTE MATERIAL 
5 Cuerpo de bomba Fundición gris G20 
8 Tapón Latón 
12 Impulsor Latón 
13 Reten rodante Grafito 
14 Anillo OR Goma NBR 
15 Retén fijo Cerámica 
17 Paragotas Goma 
18 Soporte Fundición gris G20 
19 Tornillo Acero cincado 
20 Cojinete Comercial 
21 Chaveta Acero inox, AISI 304 
22 Eje rodante Acero inox, AISI 431 
24 Anillo elástico Acero 
25 Armazón estator Aluminio 
27 Tirante Acero cincado 
29 Tapa de bornes Resina termoplástica 
30 Bornes Resina de endurecimiento 
térmico 
31 Prensacable Resina termoplástica 
32 Tapa motor Aluminio 
33 Ventilador Resina termoplástica 
35 Tapa ventilador Acero 
49 Anillo Seeger Acero inox, AISI 304 
52 Condensador Comercial 
 
 
 
 
 23 
 
 
Figura 2.3. Diagrama de componentes KF 0 
 
 
 
Figura 2.4 Bomba KF 0 
 
 
 
 24 
2.4 Bomba centrifuga M 99. 
 
Estas motobombas se utilizan en el transporte de agua limpia y líquidos 
químicamente no agresivos. Son aptas para la distribución del agua con tanques 
hidroneumáticos pequeños o medianos, o controladores automáticos de presión. 
Además se utilizan para riegos de huertos y jardines. 
 
Datos de Placa: 
 
 Voltaje: 127 V a 60 Hz. 
 Intensidad de Corriente: 8,7 A. 
 Corriente a Plena Carga: 44 A. 
 Número de Revoluciones por Minuto: 3450. 
 Rango de Caudal: 0,6 a 3,6 m3/h. 
 Altura manométrica: 44,25 metros columna de agua. 
 
Tabla 2.2. Características de construcción M 99 
 
 Componente Material 
5 Cuerpo de bomba Acero inox, AISI 304 
8 Tapón Acero inox, AISI 304 
9 Empaquetadura Aluminio 
10 Tuerca Acero inox, AISI 304 
12 Impulsor Resina termoplástica 
13 Cierre mecánico parte 
girante 
Grafito 
14 Anillo OR Goma NBR 
15 Cierre mecánico parte fija Cerámica 
16 Anillo intermedio Acero inox, AISI 304 
17 Paragotas Goma 
18 Soporte Aluminio fundido a presión 
19 Tornillo Acero inox, AISI 304 
20 Cojinete Comercial 
22 Eje rotor Acero inox, AISI 431 
24 Anillo elástico Acero 
25 Carcasa estator envuelto Aluminio 
 
 
 
 25 
26 Pie Resina termoplástica 
27 Tirante Acero cincado 
29 Tapa de bornes Resina termoplástica 
30 Bornes Resina de endurecimiento 
térmico 
31 Guía Resina termoplástica 
32 Tapa motor Aluminio 
33 Ventilador Resina termoplástica 
35 Tapa ventilador Acero 
50 Difusor Resina termoplástica 
51 Eyector completo Resina termoplástica 
52 Condensador Comercial 
 
 
 
 
 
Figura 2.5. Diagrama de componentes M 99 
 
 
 
 26 
 
Figura 2.6. Bomba M99 
 
2.5 Tuberías. 
 
La tubería instalada es de cobre tipo K fabricada bajo la Norma ASTM B88. Ambas 
bombas tienen diámetros de succión y descarga de 25 mm y 28,575 mm de 
diámetro exterior sin embargo, la conexión hacia la línea principal es por medio de 
una tubería de 19 mm con un diámetro exterior de 22 mm. Más adelante la tubería 
principal se ramifica en 2: agua fría y caliente donde sufre otra reducción a 12,7 
mm y diámetro exterior de 15,875 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 27 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 
III 
 
INGENIERÍA BÁSICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28 
3.1 Definición de fluido. 
 
Un fluido es una sustancia que por tener poca o nula cohesión intermolecular 
carece de forma propia, adoptando la forma del recipiente que lo contiene, otra 
definición que podemos entender es que un fluido es un amorfo, es decir a la 
presencia mínima de una fuerza cortante se deforma, con lo que fluye y se adapta 
a la forma del recipiente. 
 
3.1.1 Clasificación de los fluidos. 
 
Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Las partículas que componen a un líquido 
no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. 
El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece 
constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no 
tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A 
veces resulta difícil distinguir entre sólidos y fluidos pueden fluir muy lentamente 
cuando están sometidos a presión, como ocurre por ejemplo en los glaciales. 
 
Los fluidos puede ser líquidos Newtonianos y no Newtonianos (aceite, agua, 
gasolina, glicerina, etc.) o gases (como aire, oxígeno, nitrógeno o helio). Para 
entender su comportamiento es necesario entender su naturaleza sobre todo las 
diferencias entre los dos. 
 
 El líquido tiende tomar la forma del recipiente que lo contiene y mantiene un 
nivel uniforme. 
 La rapidez con la que se derrama un líquido depende de su viscosidad. 
 Cuando se tiene un gas dentro de un contenedor cerrado, tiende a 
expandirse y llenar completamente, y si se abre este tiende a escaparse. 
 Los líquidos son ligeramente compresibles 
 Los gases son fácilmente compresibles. 
 
 
 
 29 
Pero para poder entender mejor a un fluido se analizan sus propiedades 
fundamentales. 
 
3.1.2 Densidad absoluta. 
Es la cantidad de masa por unidad de volumen en una sustancia. Es función de la 
temperatura y de la presión. 
 ( ) (
 
 
) *
 
 
+ ( ) 
 
3.1.3 Peso específico. 
 
Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Siendo el valor 
para el agua a 15º C: 
 ( ) (
 
 
) *
 
 
+ (3.2) 
 
3.1.4 Gravedad específica. 
 
Para esto tenemos dos maneras de expresarlo. 
 
a) Es el cociente de la densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 
4oC. 
 
b) Es el cociente del peso específico de una sustancia entre el peso específico 
del agua a 4oC. 
 
3.1.5 Viscosidad dinámica. 
 
Resistencia que opone un fluido a su deformación, es decir a que las láminas defluido deslicen entre sus inmediatas. Esta propiedad varía mucho con incremento 
de temperatura, en los gases aumenta y en los líquidos disminuye. 
 
 [( ⁄ )] 
 
 
 
 30 
3.1.6 Viscosidad cinemática. 
 
Viscosidad cinemática ( ): es la velocidad dinámica entre la densidad. 
 0
 
 
1 
 
Definida por Swamee para el agua con T dada en ºC, como: 
 
 [ (
 
 
)
 
]
 
 (3.3) 
 
3.1.7 Presión. 
Es el cociente de una fuerza aplicada sobre un área. Sus unidades son pascal 
(Pa), PSI (Libras por pulgada cuadrada) o mclip (metros columna de líquido). 
 
 
 
 
*
 
 
+ [( )] (3.4) 
 
3.1.7.1 Propiedades de la presión. 
 
1. La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas 
direcciones. 
2. La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el 
seno de un fluido en reposo es la misma. 
3. En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior de un 
fluido una parte sobre el fluido de la otra contigua al mismo tiene la 
dirección normal a la superficie de contacto. 
4. La fuerza de presión en un fluido en reposo se dirige siempre hacia el 
interior del fluido, es decir, es una compresión, jamás una tracción. 
5. La superficie de un líquido en reposo es siempre horizontal. 
 
 
 
 
 31 
3.1.8 Presión de vapor. 
Es la propiedad del fluido que determina las condiciones en que se forma burbujas 
de vapor. Cuando en una sustancia existe en equilibrio en forma tanto de vapor 
como de líquido, hay un balance del vapor que sale del líquido debido a la energía 
térmica y a la condensación de vapor en el líquido, provocado a su vez por las 
fuerzas de atracción entre las moléculas. 
En estas condiciones, la presión del líquido se denomina presión de vapor: 
 
 =presión de vapor (kPa) 
3.1.9 Tipos de flujo. 
3.1.9.1 Flujo estacionario. 
 
Cuando las cantidades de interés no dependen del tiempo, esto es v = v(x, y, z) 
por lo que en todas sus cantidades en un punto en particular no dependen del 
tiempo, sin embargo, las propiedades no se modifican con el tiempo en un punto 
fijo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (3.5) 
 
3.1.9.2 Flujo uniforme. 
 
Es donde la velocidad y otras propiedades del fluido permanecen constantes en 
toda el área; lo más común es cuando la velocidad se mantiene, en esencia, 
constante en toda el área. 
 
3.1.9.3 Flujos compresibles e incompresibles. 
 
Un flujo incompresible existe si la densidad de cada partícula del fluido permanece 
relativamente constante conforme se desplaza a través del campo de flujo. 
 
 
 
 32 
 
 
 (3.6) 
 
En cambio en un flujo compresible la densidad cambia significativamente entre los 
puntos de una corriente. 
 
3.2 Ecuaciones fundamentales para un volumen de control. 
3.2.1 Ecuación de continuidad. 
Rapidez de flujo de un fluido. La cantidad de flujo que fluye en un sistema por 
unidad de tiempo, se puede expresar mediante tres términos: 
 
Q= La rapidez de flujo de volumen; es el volumen de fluido que pasa por una 
sección por unidad de tiempo. 
W= La rapidez de flujo de peso; es el peso de fluido que fluye por una sección por 
unidad de tiempo. 
M= La rapidez de flujo de masa; es la masa de fluido que fluye por una sección 
por unidad de tiempo. 
 
 La más importante es la rapidez de flujo de volumen Q y se calcula mediante la 
siguiente ecuación: 
 * 
 
 
+ *
 
 
+ (3.7) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1. Flujo a través de dos secciones 
𝑷𝟏 
𝑷𝟐 
𝒗𝟏 
𝒗𝟐 
Flujo 
𝒛𝟏 
𝒛𝟐 
 
 
 
 33 
 
El método para calcular la velocidad de flujo de un fluido en un sistema de 
conductos cerrados depende del principio de continuidad. Observando la figura 3.1 
un fluido fluye de la sección 1 a la sección 2 con una rapidez constante y si no se 
agrega fluido entonces la masa debe ser la misma entre las dos secciones. 
 
 
 ̇ ∫ 
 
 
 ( ) 
O puesto que 
 ( ) 
 
La ecuación de continuidad se utiliza para relacionar la densidad del fluido, el área 
del flujo y la velocidad de flujo en dos secciones en un sistema en donde existe 
flujo estable. En consecuencia el líquido puede ser considerado incompresible, 
entonces ρ1 y ρ2 son iguales. Entonces la ecuación queda: 
 
 
 ∫ 
 
 
 ∫ 
 
 
 ( ) 
Como 
 
 
 
 
Donde la velocidad de flujo de volumen o de caudal será: 
 
 ∫ 
 
 
 ( ) 
 
 
 
 
 
 34 
3.2.2 Ecuación de Bernoulli. 
 
Cuando se analizan problemas de flujo existen tres formas de energía que 
siempre hay que tomar en consideración: 
 
• Energía potencial: Debido a la elevación del elemento con respecto al nivel 
de referencia. 
 
• Energía cinética. Debido a su velocidad. 
 
 
• Energía de flujo. También conocida como energía de presión o trabajo de 
flujo y representa la cantidad de trabajo necesario para mover el fluido a 
través de una cierta sección en contra de la presión. 
 
 
La cantidad total de energía de estas tres formas que posee el elemento de fluido 
será la suma 
 
Donde la unidad de cada término es energía por unidad de peso. En el sistema 
internacional las unidades son ⁄ . Sin embargo la unidad resultante es el 
metro y se interpreta como una altura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2. Flujo en dos secciones. 
Elemento de 
fluido 
1 
𝒑𝟏 𝒛𝟏 𝒗𝟏 
Elemento 
de fluido 
2 
𝒑𝟐 𝒛𝟐 𝒗𝟐 
Flujo 
 
 
 
 35 
 
Expresada ahora en dos secciones como en la figura 3.2 se tienen las siguientes 
ecuaciones: 
Sección 1: 
 
 
Sección 2: 
 
 
Si no se agrega energía al fluido y no se pierde entre las dos secciones entonces 
el principio requiere que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
Pero esta ecuación tiene algunas restricciones: 
 Es válida solamente para fluidos incompresibles. 
 No puede existir dispositivos mecánicos entre las dos secciones. 
 No puede haber transferencia de calor hacia dentro o fuera del fluido. 
 No puede haber pérdidas de energía debido a la fricción. 
 
3.2.3 Ecuación generalizada de la energía. (Extendida de Bernoulli). 
 
Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de 
energía por unidad de peso del fluido que circula por él. Esto también se conoce 
como carga. Como abreviación de la carga se empleará el símbolo , para las 
pérdidas y ganancias de energía manejando los siguientes conceptos: 
 
 Energía añadida o agregada al fluido mediante un dispositivo mecánico. 
 Pérdidas de energía por parte del sistema, debidas a fricción en los 
conductos, o pérdidas menores debidas a la presencia de válvulas y 
conectores. 
 
 
 
 
 36 
La ecuación fundamental de la hidrodinámica o ecuación de Bernoulli se utiliza 
para resolver problemas en los que se presentan pérdidas y adiciones de energía. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.3. Elementos constitutivos de una tubería. 
 
Utilizando la figura 3.3 la ecuación queda entonces: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
 
3.3 Número de Reynolds. 
 
El comportamiento de un fluido, en lo particular en lo que se refiere a las pérdidas 
de energía, depende de que el flujo sea laminar o turbulento. El carácter del flujo 
de un tubo redondo depende de cuatro variables: la densidad del fluido (ρ), su 
viscosidad (η), el diámetro del tubo (D) y la velocidad promedio del flujo (ν). 
Osborne Reynolds fue el primero en demostrar que es posible determinar el flujo 
laminar o turbulento si se conoce la magnitud de un número adimensional, al que 
hoyse le denomina número de Reynolds (Re). 
Válvula de 
compuerta 
Flujo 
Bomba 
𝒉𝒃 
𝑯𝒓𝟏𝟐 
1 
2 
𝑬𝟏 
𝑷𝟏
𝜸
 𝒛𝟏 
𝒗𝟏
𝟐
𝟐𝒈
 
𝑬𝟐 
𝑷𝟐
𝜸
 𝒛𝟐 
𝒗𝟐
𝟐
𝟐𝒈
 
 
 
 
 37 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
El número de Reynolds es la relación de la fuerza de inercia sobre un elemento de 
fluido a la fuerza viscosa. Aquellos fluidos con viscosidad alta y/o que se mueven a 
velocidades bajas, tendrán números de Reynolds bajos y tenderán a comportarse 
en forma laminar. Para aplicaciones prácticas del flujo en tuberías, encontramos 
que si el número de Reynolds para el flujo es menor que 2000, este será laminar. 
Si el número de Reynolds es mayor que 4000, el flujo será turbulento. En el rango 
de números de Reynolds entre 2000 y 4000 es imposible predecir que flujo existe; 
por tanto se denomina región crítica o zona de transición. 
 
 
 
 
3.4 Pérdidas por fricción en tuberías. 
 
3.4.1 Fricción en un fluido. 
 
Un fluido ofrece resistencia de fricción al flujo. Parte de la energía del sistema se 
convierte en energía térmica en las paredes del conducto. La magnitud de la 
pérdida de energía depende de las propiedades del fluido, la velocidad del flujo, el 
tamaño del conducto, la rugosidad de la pared del conducto y la longitud del tubo. 
 
Al término se le definió como la pérdida de energía en el sistema. Una 
componente de la pérdida de energía es la fricción en el fluido que circula. Para el 
caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de 
velocidad del flujo y a la relación de la longitud al diámetro de la corriente. Esto se 
expresa en forma matemática como la ecuación de Darcy: 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
 
 
 38 
Dónde: 
 
 = pérdida de energía debido a la fricción 
 = longitud de la corriente del flujo 
 = diámetro de la tubería 
 = velocidad promedio del flujo 
 = factor de fricción 
 
Sustituyendo la velocidad a partir de la ecuación de continuidad se obtiene: 
 
 
 
 
 ( ) 
 
La ecuación de Darcy se utiliza para calcular la pérdida de energía debido a la 
fricción en secciones rectilíneas y largas de tubos redondos, tanto para flujo 
laminar como turbulento. La diferencia entre los dos flujos está en la evaluación 
del factor de fricción adimensional . 
 
 
3.4.2 Pérdidas de fricción en flujo laminar. 
 
Cuando el flujo laminar del fluido parece moverse como si fueran varias capas, 
una sobre la otra. Debido a la viscosidad del fluido, se crea un esfuerzo cortante 
entre sus capas. Se pierde energía del fluido por la acción de las fuerzas de 
fricción que hay que vencer, y que son los producidos por el esfuerzo cortante. 
Debido a que el flujo laminar es regular y ordenado, es posible obtener una 
relación entre la pérdida de energía y los parámetros mensurables del sistema de 
flujo. Dicha relación se conoce como ecuación de Hagen-Poiseuille. 
 
 
 
 
 ( ) 
 
 
 
 39 
Los parámetros que involucra son las propiedades del fluido en cuanto a 
viscosidad y peso específico, las características geométricas de longitud y 
diámetro de la tubería, y la dinámica del flujo caracterizada por la velocidad 
promedio. 
 
La pérdida de energía en flujo laminar es independiente de las condiciones de la 
superficie de la tubería. Son las pérdidas por fricción viscosa en el interior del 
fluido de las que gobierna la magnitud de la perdida de energía. 
 
La ecuación de Hagen-Poiseuille es válida solo para flujo laminar, pero también 
puede utilizarse la ecuación de Darcy para calcular la pérdida por fricción. Si se 
igualan las dos ecuaciones para , se puede despejar del factor de fricción: 
 
 
 
 
 ( ) 
 
3.4.3 Pérdidas por fricción en flujo turbulento. 
 
Cuando hay un flujo turbulento en tuberías es más conveniente usar la ecuación 
de Darcy para calcular la pérdida de energía debido a la fricción. El flujo turbulento 
es caótico y varía en forma constante. 
 
En este caso el factor de fricción depende tanto del número de Reynolds así como 
de la rugosidad relativa de la tubería. La rugosidad relativa es la relación del 
diámetro de la tubería a la rugosidad promedio de su pared . La condición de la 
superficie de la tubería depende sobre todo del material de que esta hecho el tubo 
y el método de fabricación. 
 
Uno de los métodos utilizados para evaluar el factor de fracción emplea el 
diagrama de Moody. El diagrama muestra la gráfica del factor de fricción versus 
el número de Reynolds , con una serie de curvas paramétricas relacionadas con 
 
 
 
 40 
la rugosidad relativa ⁄ . Estas curvas las generó L. F. Moody a partir de datos 
experimentales. 
 
Podemos hacer algunas observaciones acerca de estas curvas: 
 
1. Para un flujo con número de Reynolds dado, conforme aumenta la 
rugosidad relativa ⁄ , el factor de fricción disminuye. 
2. Para una rugosidad relativa ⁄ , el factor de fricción disminuye con el 
aumento del número de Reynolds, hasta que alcanza la zona de turbulencia 
completa. 
3. Dentro de la zona de turbulencia completa, el número de Reynolds no tiene 
ningún efecto sobre el factor de fricción. 
4. Conforme se incrementa la rugosidad relativa ⁄ , también se eleva el valor 
del número de Reynolds donde comienza la zona de turbulencia completa. 
Otros distintos métodos para evaluar el factor de fricción para un flujo turbulento, 
son por medio de distintas ecuaciones que permiten el cálculo directo de , 
realizadas por distintos investigadores como son: Swamee, C. F. Colebrook, L. 
Prandtl, H. Rouse, T. van Karman y J. Nikuradse. 
 
La siguiente ecuación fue desarrollada por Swamee y Jain: 
 
 
 
[ (
 
 ( ⁄ )
 
 
 
)]
 ( ) 
 
 
Ecuación de Karman-Prandtl (segunda ecuación): 
 
 
√ 
 
 
 
 ( ) 
Ecuación de Colebrook 
 
 
 
 41 
 
 
√ 
 (
 
 
 
 
 √ 
) ( ) 
 
Para en el rango comprendido desde 2000 y hasta 4000 (zona de transición) 
no es posible estimar un valor de . Pero Swamee desarrolló una ecuación válida 
que cumple con precisión la relación de Colebrook: 
 
 2 0 .
 
 
 (
 
 
)
 
/13
 
 ( ) 
 
Para un régimen totalmente agitado en el que tiene un efecto despreciable en 
el factor de friccion es solo función de ⁄ y está dado por: 
 
 , * (
 
 
)+-
 
 ( ) 
3.4.4 Pérdidas menores en tuberías. 
 
Los sistemas de tubos incluyen válvulas, codos, ensanchamientos, contracciones, 
entradas, salidas, curvas y otras piezas de conexión que provocan pérdidas 
adicionales, conocidas como pérdidas menores, aun cuando estas pérdidas 
pueden exceder a las primarias. Una pérdida menor puede ser expresada en 
función del coeficiente de pérdida y se define por: 
 
 
 
 
 ( ) 
 
O en su forma equivalente: 
 
 
 
 
Las pérdidas de energía son proporcionales a la carga de velocidad del fluido, 
conforme pasan por un codo, expansión o contracción de la sección del flujo, o por 
 
 
 
 42 
una válvula. La magnitud del coeficiente de pérdidas depende de la geometría del 
dispositivo que ocasiona la pérdida, y a veces de la velocidad del flujo. 
Los valores de han sido determinados experimentalmente con las diversas 
piezas de conexión y cambios de geometría de interés en sistemas de tuberías. A 
menudo se expresa un coeficiente de perdida como una longitud equivalente de 
tubo. De este modo se obtiene la relación: 
 
 
 
 
 ( ) 
 
3.4.5 Método de las longitudes equivalentes. 
 
 
Este método consiste en sumar a la extensión real de tubo, una longitud 
equivalente a las pérdidas de carga que se ocasionan en laspiezas especiales 
existentes en la tubería. El cuadro siguiente muestra la longitud equivalente para 
diferentes piezas (figura 3.4). 
 
 
 
 43 
 
 
Figura 3.4. Nomograma de pérdida de carga secundaria de la firma Gould Pumps, U.S.A. en 
accesorios de tuberías para agua. 
 
 
 
 44 
 
3.5 Redes hidráulicas. 
3.5.1 Sistemas de tuberías en serie. 
En el caso de una tubería constituida de diferentes diámetros con diferentes 
longitudes como se muestra en la figura 3.5, las siguientes condiciones de caudal 
y pérdida deben ser cumplidas: 
 
 ( ) 
 ( ) 
 
 
 
Figura 3.5. Tubería en serie 
 
Utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach con un factor de fricción constante y 
despreciando pérdidas menores, las pérdidas primarias en N tuberías en serie se 
calcula como: 
 ∑
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
De haber accesorios en el tramo de tubería debe considerarse longitud 
equivalente. 
 
3.5.2 Sistemas de tuberías en paralelo. 
 
Si las tuberías se conectan en paralelo, como muestra la figura 3.6, las 
condiciones de caudal y pérdidas cambian y son definidas como: 
 
 
 
 45 
 
 ( ) 
 ( ) 
 
 
 
Figura 3.6. Tubería en paralelo 
 
De la misma manera a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach se calcula el 
caudal descargado en cada tubería: 
 
 
 (
 
 
)
 
 ( ) 
 
De aquí que para N tuberías en paralelo: 
 
 ∑ 
 (
 
 
)
 
 ( )
 
 
 
 
Y: 
 
 ( ) 
 
 
 
 ( ) 
 
Y sustituyendo 
 
 ( )
 
 
 ( ) 
 
 
 
 
 46 
Se obtiene: 
 
 ( ) 
 
Dónde: = Coeficiente de resistencia modificado de cada tubo. 
 
Por consiguiente, para cualquier elemento i, la ecuación de energía desde A hasta 
B es: 
(
 
 
 )
 
 (
 
 
 )
 
 
 ( ) 
 
Definiendo una variable W como el cambio de la línea piezométrica entre A y B; es 
decir, (
 
 
 )
 
 (
 
 
 )
 
 la ecuación se resuelve como sigue: 
 
 √
 
 
 ( ) 
 
Para finalmente obtener: 
 
 √ ∑
 
√ 
 
 
 ( ) 
 
Para calcular W y las descargas se formula un procedimiento iterativo como sigue: 
 
1. Suponga los flujos en cada línea como completamente turbulentos y calcule 
un valor inicial de los factores de fricción en cada línea. 
2. Calcule para cada tubo y evalúe W . 
3. Calcule en cada tubo 
4. Actualice los valores de los factores de fricción en cada línea con los 
valores actuales de . 
5. Repita los pasos 2 a 4 hasta que W y dejen de variar. 
 
 
 
 47 
3.5.3 Análisis de redes de tuberías. 
Las redes de distribución de agua forman ramificaciones complicadas, que se 
cierran formando mallas, de manera que el agua en un punto puede venir por dos 
direcciones distintas. Esto representa la ventaja de no interrumpir el suministro. 
El cálculo de estas redes resulta laborioso y se realiza por un método de 
aproximaciones sucesivas introducido por Hardy-Cross. Para esto se cumplen tres 
leyes: 
 Ley de la Pérdida de Carga: En cada tubería se ha de cumplir la ecuación 
3.5.8.1. donde se supone constante en todo el cálculo. En los problemas 
de redes se suelen despreciar las perdidas menores en los nudos pero se 
tienen en cuenta las restantes en forma de longitud equivalente. 
 Ley de Nodos: El caudal que entra en un nudo debe igualar a la suma de 
caudales que salen del nudo. 
∑ 
 
 
 ( ) 
 Ley de las Mallas: La suma algebraica de las pérdidas de carga en una 
malla debe ser igual a cero. 
∑ ( )
 
 
 
 
 Método de Hardy Cross: las estimaciones de descarga de la iteración 
previa, y sean Qi las nuevas estimaciones de la descarga. Se define el 
ajuste para flujo ΔQ en cada lazo como: 
 ( ) (3.41) 
 
El ajuste se aplica de manera independiente a todos los tubos en un lazo dado. 
Por consiguiente la ecuación se escribe: 
 ( ) [( ) ( ) ] (3.42) 
 
 
 
 48 
Resolviendo para ΔQ, se tiene: 
 
 
 ( ) [( ) ( ) ] 
 
 ( ) 
 
El signo algebraico de Q debe ser positivo en la dirección normal de operación de 
la bomba d lo contrario la ecuación no será válida. 
 
En cambio para un lazo cerrado en el cual no hay bombas ni nodos de nivel fijo la 
ecuación se reduce a lo siguiente: 
 
 
 ( ) ( ) 
 
 ( ) 
El método iterativo de Hardy Cross consta de los siguientes pasos: 
 
1. Asumir una estimación inicial de la distribución de flujo de la red que 
satisfaga la continuidad, mientras más se aproximen las estimaciones a los 
valores correctos, menos iteraciones se necesitan para convergencia. 
2. Para cada lazo o trayectoria, se evalúa ΔQ, los numeradores deberán 
tender a cero a medida que los lazos o trayectorias se balancean. 
3. Actualizar los flujos en cada tubería en todos los lazos y trayectorias con la 
siguiente ecuación. 
 ( ) ( ) 
 
4. Repetir los pasos 2 y 3 hasta que se logre la precisión deseada. Un posible 
criterio a seguir es 
 | ( ) |
 | |
 ( ) 
 
El cual es un numero arbitrariamente pequeño por lo general 0.001< <0.005. 
 
 
 
 49 
3.6 Definición de bomba. 
 
Como lo establecen Villarreal, Martínez y Pantaleón en el libro Bombas Hidráulicas 
Teoría y Selección: “Una bomba es una máquina hidráulica que absorbe energía 
mecánica y restituye energía hidráulica al líquido que la atraviesa, en forma de 
presión y velocidad”. 
 
Campo de aplicación de las bombas. 
 
Las bombas se emplean para impulsar toda clase de líquidos (agua, aceites de 
lubricación, combustibles, ácidos; líquidos alimenticios: cerveza, leche, yogurt, etc. 
(Estas últimas constituyen el grupo de las bombas sanitarias, las cuales son muy 
importantes) También se emplean las bombas para líquidos espesos con sólidos 
en suspensión como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc. 
Únicamente con el fin de orientarnos, mencionaremos las aplicaciones principales 
que ilustramos en las fotografías anexas: 
 
1. Bombas para manejo de diferentes sustancias. 
2. Bombas sumergibles de acero inoxidable para productos alimenticios. 
3. Bombas de achique para bombeo de aguas negras. 
4. Bombas de desplazamiento positivo para fluidos viscosos a alta presión. 
5. Bombas de procesos API para la industria petroquímica. 
6. Bombas sumergible inatascable, para la industria de la construcción 
3.6.1 Clasificación de las bombas 
 
Las bombas se clasifican según el principio de operación en: 
 
 Bombas rotodinámicas (turbo bombas o bombas cinéticas) 
 Bombas de desplazamiento positivo. 
 
Bombas rotodinámicas conocidas también como turbo bombas o bombas 
cinéticas. Todas y solo las bombas que son turbomáquinas pertenecen a este 
grupo, estas son siempre rotativas, su funcionamiento se basa en la ecuación de 
 
 
 
 50 
Euler, y su órgano principal se le conoce como impulsor. Se le llaman 
rotodinámicas porque su movimiento es rotativo y la dinámica de la corriente juega 
un papel importante en el intercambio de la energía. 
 
Bombas de desplazamiento positivo. A este grupo pertenecen no solo las bombas 
alternativas, sino también las rotativas llamadas roto estáticas, porque son 
rotativas, pero en ella la dinámica de la corriente no juega un papel esencial en el 
intercambio de la energía. Su funcionamiento se basa en el principio del 
desplazamiento positivo. 
 
Clasificación de las bombas rotodinámicas. 
 
Las bombas se pueden clasificar: 
 Según el líquido a manejar. 
 Según la posición de su eje. 
 De acuerdo al material de construcción. Según a la presión generada. 
 Según al número de pasos (tazones). 
 Según el número de flujos. Etc. 
 
Sin embargo para evitar cualquier confusión clasificaremos a las bombas 
rotodinámicas según el paso de fluido por el elemento principal (impulsor): 
 
 Bombas de flujo radial. 
 Bombas de flujo axial. 
 Bombas de flujo radio axial (flujo mixto). 
 
Así, por ejemplo, podemos tener bombas de flujo radial de eje horizontal para 
manejo de agua potable, bombas de flujo mixto de varios pasos de eje vertical 
para bombeo de agua tratada y bombas de flujo axial de eje inclinado para 
bombeo de aguas negras. 
 
 
 
 51 
Clasificación de las bombas de desplazamiento positivo. 
Estas bombas se pueden clasificar en: 
 Bombas alternativas. 
 Bombas rotoestáticas. 
La siguiente figura muestra una clasificación más completa de las bombas de 
acuerdo al Instituto de Hidráulica. 
 
 
 
 
Fig. 3.7 Clasificación de bombas según el Instituto de Hidráulica 
 
 
 
 
 
 
 
 52 
3.6.2 Parámetros involucrados en la selección de bombas. 
 
Al seleccionar una bomba para una aplicación específica, debe considerar los 
factores siguientes: 
 
1. Naturaleza del líquido por bombear. 
 
2. Capacidad requerida (flujo volumétrico). 
 
3. Condiciones del lado de succión de la bomba. 
 
4. Condiciones del lado de descarga de la bomba. 
 
5. Carga total sobre la bomba. 
 
6. Tipo de sistema donde la bomba impulsa el fluido. 
 
7. Tipo de fuente de potencia. 
 
8. Limitaciones de espacio, peso y posición. 
 
9. Condiciones ambientales. 
 
10. Costo de adquisición e instalación de la bomba. 
 
11. Costo de operación de la bomba 
 
12. Códigos y estándares gubernamentales. 
 
 
3.7 Carga neta positiva de succión. (CNPS). 
 
 
La CNPS es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, 
en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro 
o carcasa de una bomba. Se da en metros de líquido manejado, equivalentes a la 
presión en kg/cm2 requeridos para forzar el líquido a la bomba. 
 
3.7.1 Cavitación. 
 
La cavitación es un fenómeno típico de las bombas y las turbinas hidráulicas (flujo 
incomprensible, de agua o de otro líquido). La presencia de este fenómeno en las 
máquinas hidráulicas representa una problemática de relevada importancia que 
 
 
 
 53 
repercute en el rendimiento y el desempeño de los equipos y que incluso puede 
causar el deterioro parcial o total de los mismos. La cavitación afecta a los álabes 
de las bombas como de las turbinas hidráulicas y, pese a que sus causas y 
efectos han sido estudiados ampliamente a lo largo de los años, todavía hoy dan 
lugar a serios problemas de funcionamiento. 
 
Cavitación en las bombas centrífugas. 
 
Técnicamente la cavitación, se define como: La rápida formación y colapso de 
burbujas de vapor del líquido de trabajo o gas, en zonas de muy baja presión, por 
debajo de la presión de vapor a la temperatura de bombeo. Al instalar y hacer 
funcionar una bomba cualquiera, en un sistema de bombeo, esta tiende a formar 
un vacío en el seno del líquido; a este succionar se le conoce como presión de 
bombeo. Supongamos que en un momento dado y a una temperatura 
determinada, la presión de bombeo (presión de vacío) es más baja que la presión 
de vapor del líquido a bombear, como la presión de vapor es más alta, éste se 
libera por la acción de la bomba que ya no succionará líquido sino vapor. La 
bomba se encuentra en “fase vapor”, como se ha dado en llamar a esta operación. 
Por tanto, es muy importante tener siempre en cuenta la temperatura del líquido 
que se bombea, pues esta puede hacer que la bomba trabaje con pérdidas en su 
caudal. 
La CNPS es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, 
en m3/s, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor de una bomba o 
rodete de una turbina. Se da en metros de columna de líquido manejado, 
equivalentes a la presión en kg/cm2 requeridos para forzar a que el líquido llegue 
al ojo del impulsor de la bomba. CNPSD. Es el valor que se calcula en función de 
la instalación diseñada para la operación de una bomba y en función de la 
temperatura del fluido, este depende de que la bomba se encuentre en carga o 
elevación de succión, la carga de rozamiento, y la presión de vapor del líquido 
manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la 
CNPSD puede alterarse. CNPSR. Este depende solo del diseño de la bomba y se 
 
 
 
 54 
obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, 
capacidad y velocidad. Conviene notar que conforme disminuye el CNPSD para 
una bomba dada su capacidad se abate, cualquier variación de uno de los factores 
anteriores en un sistema de bombeo dado, provocará una variación en la 
operación de la misma 
 
3.7.2 CNPSD. 
 
Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión 
de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera 
de estos puntos, la CNPS puede alterarse. 
 
3.7.2.1 Cálculo de la CNPSD. 
 
Esta depende solo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada 
bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad. Conviene 
notar que conforme disminuye la CNPSD para una bomba dada su capacidad se 
abate. 
 
 ( ) 
 
 
Dónde: 
 
 = Presión estática (absoluta) sobre el depósito. 
 h = Carga de presión estática sobre el fluido en el almacenamiento; se 
 expresa en metros; h = / 
 h = Diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito a la línea 
 central de la entrada de succión de la bomba: se expresa en metros. Si la 
 bomba esta debajo del depósito hs es positiva, si la bomba está arriba del 
 depósito hs es negativa. 
 h = Pérdida de carga en la tubería de succión, debido a la fricción y 
 pérdidas menores; se expresa en metros. 
 
 
 
 55 
 = Presión de vapor (absoluta) del líquido a la temperatura a que se 
 bombea. 
 h = Carga de presión de vapor de líquido a la temperatura de bombeo; se 
 expresa en metros; h = / . 
 
3.8 Sistema hidroneumático. 
 
Los Sistemas Hidroneumáticos se basan en el principio de compresibilidad o 
elasticidad del aire cuando es sometido a presión, funcionando de la siguiente 
manera: El agua que es suministrada desde la toma de suministro de agua potable 
u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento; de donde, a través de 
un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a presión (de dimensiones 
y características calculadas en función de la red), y que posee volúmenes 
variables de agua y aire. Cuando el agua entra al recipiente aumenta el nivel de 
agua, se comprime el aire y aumenta la presión, cuando se llega a un nivel de 
agua y presión determinados (Pmáx.), se produce la señal de parada de bomba y el 
tanque queda en la capacidad de abastecer la red; cuando los niveles de presión 
bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.) se acciona el mando de encendido de 
la bomba nuevamente. (Figura 3.8). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 56 
 
 
 
 
 
Figura 3.8. Esquemas de un sistema hidroneumático en operación 
 
 
El reglamento de instalaciones sanitarias obliga a que la capacidad de las bombas 
sea un 125% del gasto máximo probable a la presión mínima requerida para el 
sistema, a fin de asegurar abastecer la demanda máxima al mismo tiempo que se 
llena el estanque de presión. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 57 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 
IV 
DESARROLLO DEL PROYECTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 58 
4.1 Determinación del caudal. 
Se muestra de acuerdo a la tabla 4.1 que el caudal suministrado en la casa 
habitación de este, en la condición más crítica es de 2,5 L/s. Esta situación se 
presenta cada vez que todo accesorio en la red se utilice simultáneamente.Del 
total suministrado son requeridos 1,45 L/s para abastecer la línea de agua fría. Los 
1,05 L/s restantes se requieren para la línea de agua caliente. 
 
Se muestra la localización de cada accesorio en los Anexos E y F. 
 
Tabla 4.1. Caudal requerido en los diferentes puntos de consumo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El caudal de agua caliente es de 100%, será el caudal máximo requerido, es decir 
si todas las tomas de agua potable estuvieran funcionando: la experiencia que se 
tiene por parte de los asesores es que el caudal nominal requerido para una casa 
habitación es del 50% del caudal máximo, la presión requerida va a depender del 
tipo de accesorios que se tienen instalados en casa. 
 
 
 
 
Número Accesorio 
Caudal 
(l/min) 
Carga(kg/cm2) 
1 Fregadero 6 0,3 
3 Lavadora 12 0,6 
5 Lavamanos 6 0,3 
7 Regadera 7 0,6 
9 Inodoro 6 0,3 
10 Inodoro 6 0,3 
11 Lavamanos 6 0,3 
13 Regadera 7 0,6 
15 Inodoro 6 0,3 
16 Lavamanos 6 0,3 
18 Lavamanos 6 0,3 
20 Regadera 7 0,6 
22 Inodoro 6 0,3 
Caudal Total en Línea de 
Agua Fría 
1,45 L/s 
 
 
 
 59 
Tabla 4.1. Continuación. 
 
Número Accesorio 
Caudal 
(L/min) 
Carga(kg/cm2) 
2 Fregadero 6 0,3 
4 Lavadora 12 0,6 
6 Lavamanos 6 0,3 
8 Regadera 7 0,6 
12 Lavamanos 6 0,3 
14 Regadera 7 0,6 
17 Lavamanos 6 0,3 
19 Lavamanos 6 0,3 
21 Regadera 7 0,6 
Caudal Total en Línea de Agua 
Caliente 
1,05 L/s 
 
Nota: El caudal y presión requeridos en cada accesorio se establecen con base en las normas 
mencionadas en el Anexo 2. 
 
4.2 Diseño de la red de distribución. 
El siguiente paso consiste en la determinación del diámetro de tubería de succión 
que corresponda al caudal demandado en cada tramo. Para evitar pérdidas 
excesivas debido a la fricción en el transporte del fluido, es necesario mantener 
velocidades que no superen los 2 m/s. (Del manual de bombas verticales BNJ S.A. 
de C.V). Considerando tubería rígida de cobre tipo K (Anexo 3) se estima el 
diámetro interior a partir de las medidas comerciales. Para el cálculo de la 
velocidad se utiliza la ecuación de continuidad donde: 
 
 ( ) 
Y despejando se obtiene: 
 
 
 
 
Para valores de tubería de 1 ½”: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 60 
Finalmente: 
 
 ( )
 ( ) 
 
 
 
 
 
Se muestran en la tabla 4.2 los valores obtenidos para cada tramo. 
 
Tabla 4.2. Diseño de red de distribución (diámetro, longitud y velocidad). 
 
 
Tramo Caudal 
(L/s) 
D Nominal 
 (in) 
D Nominal (m) D Interior 
(m) 
Área (m
2
) Longitud Velocidad 
L1 2,5 1,25 31.8x10
-3 31.6x10-3 0.8e-3 1,44 3.125 
Tubería de agua fría 
La0 1,45 1,25 31.8x10
-3 31.6 x10-3 0.8e
-3 1,01 1,85 
La1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 0,86 0,71 
Lx 1,35 1,25 31.8x10-3 31.6 x10-3 0.8e
-3 2,18 1,72 
Lb0 0,632 1 25.4x10
-3 25.3 x10-3 0.5e
-3 5,90 1,26 
Lb1 0,116 0,5 12.7x10
-3
 13.4 x10-3 0.1e
-3 
2,10 0,82 
Lc0 0,516 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 0,30 1,83 
Lc1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 1,45 0,71 
Ld0 0,416 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 0,15 1,48 
Ld1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 4,80 0,71 
Le0 0,316 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 5,28 1,12 
Le1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 1,20 0,71 
Lf0 0,216 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 0,67 0,77 
Lf1 0,116 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 1,07 0,82 
Lg 0,1 0,5 12.7x10-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 2,48 0,71 
Lh0 0,718 1 25.4x10
-3 25.3 x10-3 0.5e
-3 1,80 1,43 
Lh1 0,2 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 0,94 1,42 
Li0 0,518 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 7,80 1,84 
Li1 0,1 0,5 12.7x10
-3
 13.4 x10-3 0.1e
-3 
1,20 0,71 
Lj0 0,418 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 0,64 1,49 
Lj1 0,116 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 0,88 0,82 
Lk0 0,3 0,75 19.1x10
-3 18.9 x10-3 0.3e
-3 0,48 1,07 
Lk1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 1,95 0,71 
Ll0 0,2 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 3,36 1,42 
Ll1 0,1 0,5 12.7x10
-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 0,39 0,71 
Lm 0,1 0,5 12.7x10-3 13.4 x10-3 0.1e
-3 3,20 0,71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 61 
Tabla 4.2. Diseño de red hidráulica (continuación). 
 
 
Tramo Caudal 
(L/s) 
D 
Nominal 
(in) 
D Nominal 
(m) 
D Interior 
(m) 
Área 
(m
2
) 
Longitud 
(m) 
Velocidad 
(m/s) 
Tubería de agua caliente 
Ln0 1,05 1,25 31.8 x10
-3 31.6 x10-3 0.8e-3 1,61 1,34 
Ln1 0,1 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,00 0,71 
Ly 0,95 1 25.4 x10-3 25.3 x10-3 0.5e-3 4,87 1,89 
Lo0 0,432 0,75 19.1 x10
-3 18.9 x10-3 0.3e-3 5,85 1,54 
Lo1 0,116 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,47 0,82 
Lp0 0,316 0,75 19.1 x10
-3 18.9 x10-3 0.3e-3 5,85 1,12 
Lp1 0,1 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 3,17 0,71 
Lq0 0,216 0,5 12.7 x10
-3
 13.4 x10
-3
 0.1e
-3 3,17 1,53 
Lq1 0,1 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,32 0,71 
Lr 0,116 0,5 12.7 x10-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,85 0,82 
Ls0 0,518 0,75 19.1 x10
-3 18.9 x10-3 0.3e-3 1,04 1,84 
Ls1 0,2 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,04 1,42 
Lt0 0,318 0,75 19.1 x10
-3 18.9 x10-3 0.3e-3 1,04 1,13 
Lt1 0,1 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,25 0,71 
Lu0 0,218 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,25 1,55 
Lu1 0,118 0,5 12.7 x10
-3 13.4 x10-3 0.1e-3 1,18 0,84 
Lv 0,1 0,5 12.7 x10-3 13.4 x10-3 0.1e-3 7,68 0,71 
 
 
En los Planos G y H se muestra la localización de cada uno de los tramos 
mencionados anteriormente tanto en la red de distribución de agua fría como en la 
de agua caliente. 
4.3 Cálculo de presiones. 
 
Para la selección de un tanque hidroneumático es vital conocer las presiones 
requeridas en cada uno de los nodos de la red. De esta manera se asegura que 
las demandas de presión sean satisfechas por completo. Se consideran en el 
cálculo las pérdidas por fricción y pérdidas menores así como la presión requerida 
por cada accesorio. Dependiendo del caso también se considera la presión 
requerida por la válvula reguladora. 
 
 
 
 62 
A continuación se muestra el procedimiento para determinar la presión requerida 
por cada uno de los nodos que conforman la red de distribución. 
 
4.3.1 Cálculo de presión en línea principal. 
 
El análisis parte del nodo más alejado (Planos I y J) en la tubería de descarga de 
agua fría. Para conocer la presión en el nodo se aplica la ecuación de la energía 
desde el accesorio más alejado al nodo correspondiente. Una vez obtenido el 
resultado se calcula el nodo predecesor. 
 
Nodo F (Primer piso): 
 
Datos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2 0 .
 
 
 (
 
 
)
 
/13
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
 
Sustituyendo: 
 
 
 
 63 
 
 
 
( ) 
 
 
 
 
 
( ) 
 
 [ 
 
 
]
 
 
 
 
 
 
 
 
 0 
 
 
 
 
 ( )
1 
 
 0 
( )
 
( ) 
 ( )
1 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
Nodo E: 
 
Datos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
Sustituyendo: 
 
 
 
 
( ) 
 
 
( ) 
 
 [ 
 
 
]
 
 
 
 
 
 
 
 0 (
 
 
)
 
 
 ( )
1 0 
( )
 
( ) 
 ( )
1 
 
 
 
 64 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nodo D: 
 
Datos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ( ) 
 
Sustituyendo: 
 
 
 
 
( ) 
 
 
( ) 
 
 [ 
 
 
]
 
 
 
 
 
 
 
 0 (
 
 
)
 
 
 ( )
1 0 
( )
 
( ) 
 ( )
1