Diseño de Red Hidráulica para Abastecimiento de Agua

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Diseño y Selección de una Red Hidráulica a Presión o Gravedad para el Abastecimiento de Agua 
Potable a una Unidad Habitacional. 
 
ESIME – ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA Página - 1 - 
 
 
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y 
ELECTRICA 
 
UNIDAD PROFECIONAL AZCAPOTZALCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
DISEÑO Y SELECCIÓN DE UNA RED HIDRAULICA A PRESION O 
GRAVEDAD PARA EL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE A UNA 
UNIDAD HABITACIONAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 NOVIEMBRE 2010 
 
T E S I S P R O F E S I O N A L 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE 
 I N G E N I E R O M E C A N I C O 
P R E S E N T A : 
JEHU CASTILLEJOS ROSALES 
 
 
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DEDICATORIAS 
 
 
Donde haya un árbol que plantar, plántalo tú. 
Donde haya un error que enmendar, enmiéndalo tú. 
Donde haya un esfuerzo que todos esquivan, hazlo tú. 
Sé tú el que aparta la piedra del camino. 
Dios no te hubiera dado la capacidad de soñar 
sin darte también la posibilidad de convertir tus sueños en realidad. 
 
Gabriela Mistral (1889-1957) Escritora chilena. 
 
Son muchas las personas especiales a las que me gustaría agradecer su amistad, 
apoyo, ánimo y compañía en las diferentes etapas de mi vida. Algunas están aquí 
conmigo y otras en mis recuerdos y en el corazón. Se dice que todo es tiempo y que 
aun nosotros mismos somos nuestro propio tiempo, a veces somos el tiempo de otros y 
otros son nuestro tiempo, a veces queriendo, a veces sin querer convergemos en un 
mismo lugar en un momento determinado y compartimos experiencias únicas con 
personas únicas que no se vuelven a repetir. A todas esas personas sin importar en 
dónde estén o si alguna vez llegan a leer estas dedicatorias quiero darles las gracias 
por formar parte de lo que ahora soy. 
 
Mama lo que has hecho por nosotros no puede describirse con palabras y no creo que 
encuentre las adecuadas para agradecerte. He llegado al final de este camino y en 
mi han quedado marcadas huellas profundas de éste recorrido, no dejo de recordar 
tu mirada y tu voluntad constante por sacar avante a tu familia pese a todas las 
http://www.proverbia.net/citasautor.asp?autor=676
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dificultades y problemas, este logro que hoy obtengo es debido a tu esfuerzo y sacrificio 
durante tantos años, gracias por cultivar e impulsar mis sueños. 
 
Papa, hoy que tengo mi propia familia me doy cuenta de todo el trabajo y esfuerzo 
que hiciste durante tanto tiempo y todas las privaciones que tuviste que pasar, cada 
día te admiro mas y cuando estoy a punto de desistir llegan a mi mente tus palabras 
“termina lo que empiezas”, gracias papa, mi trofeo es también tuyo. 
 
Flaquita, que puedo decirte a ti que me conoces tan bien, que hemos pasado tantas 
cosas juntos y que has vivido en carne propia todas mis victorias y fracasos y aun 
después de todo sigues aquí y además me has regalado una inspiración chaparrita. 
Dante tuvo a Beatriz, Paris a Elena, Clark a Lana y yo te tengo a ti. 
 
Hermanito, mi última dedicatoria es para ti, de corazón deseo que realices todas 
tus metas, yo se que puedes eres más objetivo, metódico y en ocasiones (solo en 
ocasiones) más inteligente que yo, aunque no debes de olvidar que me debes el amor 
que le tienes a los libros. Solo me queda regalarte el siguiente pensamiento de uno 
de tus músicos favoritos: 
 
“Haz lo necesario para lograr tu más ardiente deseo, y acabarás lográndolo.” 
Ludwig van Beethoven (1770-1827) Compositor y músico alemán. 
 
 
Ing. Jehú Castillejos Rosales. 
 
Noviembre 2010 
 
http://www.proverbia.net/citasautor.asp?autor=80
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AGRADECIMIENTOS 
 
La presente Tesis es un esfuerzo en el cual, directa o indirectamente, participaron varias 
personas leyendo, opinando, corrigiendo, teniéndome paciencia, dando ánimo, acompañando en 
los momentos de crisis y en los momentos de felicidad. 
 
Agradezco en especial al M. en C. José Agustín Rodríguez Pérez y al Ing. Ismael García Rosas 
por haber compartido sus conocimientos conmigo y mis compañeros cuando éramos sus 
alumnos por sus comentarios en todo el proceso de elaboración de la Tesis y sus atinadas 
correcciones. 
 
Agradezco también al Ing. Julián Bueno Águila y en general a la mesa de hidráulica de la 
Sección de Estudios y Proyectos de la Secretaria de la Defensa Nacional por la paciencia e 
interés mostrados durante este tiempo a mi persona para mi desarrollo profesional. 
 
Gracias en general a todos los profesores y personas que participaron directa e indirectamente 
en mi desarrollo profesional durante mi carrera, sin su ayuda y conocimientos no estaría en 
donde me encuentro ahora. 
 
 
Gracias a todos. 
 
Ing. Jehú Castillejos Rosales. 
Noviembre 2010. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ÍNDICE 
 
INTRODUCCION 
 
OBJETIVO GENERAL 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
CAPITULO 1 
 DESCRIPCION, ANTECEDENTES Y GENERALIDADES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE. 8 
 1.1.- Antecedentes de la distribución del agua potable .............................................. 8 
 1.2.- Elementos de un sistema de abastecimiento de agua. ...................................... 10 
 1.2.1.- Captación y almacenamiento ............................................................. 10 
 1.2.2.- Conducción y bombeo ....................................................................... 10 
 1.2.3.- Tratamiento ........................................................................................ 10 
 1.2.4.- Distribución ........................................................................................ 10 
 1.3.- Red de distribución de agua potable ................................................................ 11 
 1.3.1.- Componentes de una red ................................................................... 11 
 1.3.1.1.- Tuberías .............................................................................. 11 
 1.3.1.2.- Tipos de tuberías ................................................................ 12 
 1.3.1.2.1.- Resistencia mecánica ........................................... 12 
 1.3.1.2.2.- Durabilidad ........................................................... 12 
 1.3.1.2.3.- Resistencia a la corrosión ..................................... 13 
 1.3.1.2.4.- Capacidad de conducción .................................... 13 
 1.3.1.2.5.- Economía .............................................................. 13 
 1.3.1.2.6.- Tipo de unión .......................................................13 
 1.3.1.2.7.- Calidad de agua .................................................... 13 
 1.3.1.3.- Materiales empleados en las tuberías ............................... 14 
 1.3.1.3.1.- Tuberías de plástico ............................................. 14 
1.3.1.3.2.- Tuberías de fibrocemento (FC) ............................ 16 
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1.3.1.3.3.- Tuberías de hierro fundido .................................. 17 
1.3.1.3.4.- Tuberías de concreto ........................................... 18 
1.3.1.3.5.- Tuberías de acero ................................................. 18 
 1.3.2.- Piezas especiales ................................................................................ 19 
 1.3.3.- Válvulas .............................................................................................. 20 
 1.3.3.1.- Válvulas de compuerta ...................................................... 21 
 1.3.3.2.- Válvulas de mariposa ......................................................... 21 
 1.3.3.3.- Válvulas de asiento ............................................................ 21 
 1.3.3.4.- Válvulas de altitud o alta presión ....................................... 21 
 1.3.3.5.- Válvulas de admisión y expulsión de aire .......................... 22 
 1.3.3.6.- Válvulas reguladoras de presión ........................................ 22 
 1.3.3.7.- Válvulas tipo globo ............................................................. 23 
 1.3.3.8.- Válvulas de retención ......................................................... 23 
 1.3.4.- Tanques de distribución ..................................................................... 23 
 1.4.- Clasificación de las redes de distribución ........................................................ 24 
 1.4.1.- Red cerrada ........................................................................................ 24 
 1.4.2.- Red abierta ......................................................................................... 25 
 1.5.- División de las redes de distribución ............................................................... 26 
 1.5.1.- Red primaria ....................................................................................... 26 
 1.5.2.- Red secundaria ................................................................................... 26 
CAPITULO 2 
SISTEMAS Y METODOS PARA LA DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE. .............................. 27 
2.1.- Sistemas para el suministro de agua potable. ................................................. 27 
2.1.1.- Tipos de Sistemas o Aducciones. ................................................. 27 
 2.1.1.1.- Sistema por gravedad ........................................................ 27 
 2.1.1.2.- Sistema por bombeo .......................................................... 27 
 2.1.1.3.- Sistema a presión ............................................................... 27 
 2.1.1.4.- Sistema en lamina libre o canal ......................................... 27 
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 2.1.1.5.- Sistemas mixtos ................................................................. 28 
2.2.- Aspectos a considerar para la elección del sistema a emplear. ...................... 28 
2.2.1.- Trazado de la red de distribución. ............................................... 28 
2.2.2.- Determinación del caudal de diseño (Qd) .................................... 28 
 2.2.2.1.- Técnica del CNA ................................................................. 28 
 2.2.2.2.- Técnica del gasto máximo instantáneo ............................ 30 
2.2.3.- Determinación del diámetro, velocidad y presión en la red ....... 32 
2.3.- Métodos para el Abastecimiento de agua potable al interior de los Edificios 35 
2.4.- Sistema de distribución por gravedad. ............................................................ 36 
2.5.- Sistema de distribución a presión. .................................................................. 37 
2.5.1.- Funcionamiento del Sistema Hidroneumático. ........................... 37 
2.5.2.- Componentes de un Sistema Hidroneumático. ........................... 38 
2.5.3.- Diseño de un Sistema de Tanque Hidroneumático. .................... 39 
2.5.3.1.- Determinación del gasto de diseño. ................................ 39 
2.5.3.2.- Determinación de las presiones mínima y máxima. ....... 40 
2.5.3.3.- Determinación de la capacidad del tanque y los niveles de 
paro y arranque. .............................................................. 40 
2.5.3.4.- Selección de la capacidad del equipo de bombeo. ........ 44 
 
CAPITULO 3 
DESCRIPCION DEL PROYECTO .............................................................................................. 46 
3.1.- Generalidades y necesidades del proyecto ..................................................... 46 
CAPITULO 4 
DESARROLLO DEL PROYECTO .............................................................................................. 51 
4.1.- Sistema a Presión (hidroneumático) ............................................................... 51 
4.1.1.- Determinación del trazo de la red, y el diámetro de las tuberías. 
 ...................................................................................................... 51 
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4.1.2.- Determinación de la capacidad del tanque a presión. ................ 72 
4.1.3.- Determinación de los niveles de paro y arranque. ...................... 75 
4.1.4.- Selección de la bomba. ................................................................ 77 
4.1.5.- Capacidad de las cisternas. .......................................................... 78 
4.1.5.1.- Determinación de la capacidad de las cisternas de los 
edificios. .......................................................................... 78 
4.1.5.2.- Determinación de la capacidad de la cisterna de la 
unidad. ............................................................................. 80 
4.2.- Sistema por gravedad. ..................................................................................... 84 
4.2.1.- Determinación de las pérdidas y gastos de la red. ...................... 84 
4.2.2- Determinación de la altura del tanque elevado. .......................... 86 
4.2.3.- Determinación de la capacidad del tanque elevado. .................. 86 
4.2.4.- Selección de la bomba para tanque elevado. .............................. 87 
 4.3.- Conclusiones técnicas entre ambos sistemas. ................................................ 89 
 4.4.- Costo del proyecto. .......................................................................................... 90 
4.4.1.- Costo del sistema hidroneumático. ............................................. 91 
4.4.2.-Costo del sistema por gravedad. .................................................. 96 
CONCLUCIONES ................................................................................................................... 99 
ANEXOS 
ANEXO A (METODO HUNTER) ................................................................................. 100 
ANEXO B (MATRIZ DE UNIDADES DE DESCARGA) .................................................. 105 
ANEXO C (ESPECIFICACIONES DE LA TUBERIA DE COBRE RIGIDO TIPO M) ............ 105 
ANEXO D (RELACION DE PLANOS DEL PROYECTO) ................................................. 106 
ANEXO E (PRINCIPIOS, PROPIEDADES Y CONCEPTOS BASICOS DE LOS FLUIDOS) . 119 
BIBLIOGRAFIA. 
 
 
 
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INTRODUCCION 
 
Desde la aparición del género humano sobre la faz de la tierra, el agua ha sido la 
substancia más importante de subsistencia y desarrollo para el hombre. En la actualidad, 
ante el aumento de la población en el mundo y en particular en nuestro país, el tema 
actual de la optimización de los recursos naturales ha alcanzado todos los niveles de la 
vida humana. En el caso del agua, dicha optimización adquiere una importancia 
primordial, ya que la disponibilidad del vital líquido disminuye cada vez más y por lo tanto 
su obtención se dificulta y se encarece de manera importante. 
 
En el aspecto nacional, el tema de la Distribución del Agua en México adquiere más 
importancia, cada vez nos enfrentamos a crecientes problemas para el abastecimiento del 
agua, (principalmente en las Áreas Metropolitanas), y aunque las causas son diversas, la 
responsabilidad del ingeniero en esta clase de problemática recae en realizar cálculos 
correctos, seleccionar materiales que cumplan con las mayores exigencias técnicas y de 
calidad, asegurando con ello un apropiado funcionamiento y un mayor tiempo de vida útil 
del sistema, así como un mínimo de reparaciones y mantenimiento por fugas debido a un 
mal diseño del proyecto o por instalaciones carentes de calidad, razón por la que se vuelve 
primordial contar con los conocimientos necesarios para prever y solucionar problemas de 
carácter hidráulico, que afectan a un sector muy importante del país. 
 
El tema que se desarrolla en el presente trabajo, consiste en la construcción de una 
Unidad Habitacional en la que se hizo un arreglo en la distribución y conducción de agua 
potable, que cubra las necesidades de usuarios y trabajadores de dicho inmueble. En él se 
tuvo especial cuidado de prever que no existieran inconvenientes y deficiencias de sus 
instalaciones hidráulicas y sobre todo se optimice al máximo el vital recurso que es el 
agua. 
 
Cada capítulo muestra una parte del proceso que se siguió para cumplir con el objetivo 
que se planteo, el capitulo 1 parte con un breve relato de la historia del suministro de 
agua, los conceptos y definiciones de cada uno de los elementos que integran una red de 
suministro de agua potable. 
 
El capitulo 2 trata acerca de los sistemas y métodos para realizar la distribución del agua 
potable a los centros urbanos. El capitulo 3 se enfoca a los aspectos y necesidades del 
proyecto proporcionando una descripción detallada del mismo. El capitulo 4 es el 
proyecto en si en el se diseña la red interior de distribución de agua en el edificio y los 
métodos para determinar el gasto o requerimiento de agua por los usuarios, pasando así 
al cálculo de los dímetros, equipo, material, y cuantificación de las instalaciones; es decir, 
la recopilación de los parámetros necesarios para la toma de decisiones y la comparación 
de los sistemas propuestos con la finalidad de elegir el mas optimo para el presente caso. 
La información técnica necesaria para la elaboración del proyecto y los planos requeridos 
para su representación y construcción se encuentran en el apartado de los anexos. 
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Finalmente se culmina con las conclusiones obtenidas y la bibliografía en la cual se baso el 
presente trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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OBJETIVO GENERAL 
 
Diseñar y seleccionar un sistema por gravedad o un sistema a presión (hidroneumático), 
para el abastecimiento de agua potable que genere la mayor eficiencia al abastecer de 
agua a una Unidad Habitacional, garantizando en cantidad y forma que el funcionamiento 
de la red sea el más optimo y satisfaga las necesidades de sus usuarios con un mínimo de 
pérdidas, realizando para tal fin un análisis comparativo entre ambos sistemas. 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 
Diseñar la ruta de las líneas de distribución óptima que brinden una cobertura eficiente a 
todos los edificios y muebles sanitarios al menor costo. 
 
Realizar una selección adecuada de los materiales a emplear así como los equipos 
necesarios para la construcción de las líneas de distribución de agua potable, que cumplan 
con los requerimientos técnicos vigentes y/o especificaciones particulares del proyecto al 
menor costo. 
 
Calcular todos los parámetros necesarios basados en la normatividad existente y la 
mecánica de fluidos para encontrarnos en condición y forma de seleccionar el mejor 
sistema de abastecimiento de agua para el caso particular. 
 
Aplicar los conocimientos adquiridos en mis estudios en el IPN como Ingeniero Mecánico y 
mi experiencia como calculista-proyectista en una situación real como la construcción de 
dicha Unidad Habitacional. 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
Debido a la construcción de una nueva unidad habitacional, se hace evidente la necesidad 
de proveer de los servicios mínimos indispensables a los futuros usuarios de dicha unidad 
(luz, agua, líneas de comunicación, etc.). En el caso particular, el abastecimiento y 
conducción de agua potable así como el correcto funcionamiento de los muebles 
sanitarios con una presión óptima evitando en lo máximo cualquier tipo de pérdida o 
desperdicio (fugas), será el tema a tratar, por lo que surge la necesidad de basar este 
proyecto principalmente en la mecánica de fluidos para su desarrollo. 
 
 
 
 
 
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Capítulo 1 
DESCRIPCION, ANTECEDENTES Y GENERALIDADES DE UN SISTEMA DE AGUA POTABLE 
 
El presente capitulo expone en forma clara y sencilla las definiciones de los elementos que 
componen una red de distribución o aducción de agua potable, así como los tipos y 
divisiones de las mismas. Para lo cual se hará una breve mención de la historia de la 
distribución del agua, desde sus orígenes hasta nuestros días, se darán las definiciones de 
los componentes de una red de distribución de agua potable, los materiales que son 
empleados normalmente para dicho fin, algunas de las normas técnicas que regulan tal 
servicio en nuestro país, la clasificación de los tipos de redes existentes, y la división de 
estas. 
 
1.1.- Antecedentes de la distribución de agua potable. 
 
El agua es un elemento fundamental para la vida y desde siempre ha estado ligada 
directamente al desarrollo, abundancia, progreso, estabilidad y bienestar del ser humano, 
e incluso en algunas culturas se le han atribuido dones curativos y hasta se le ha rendido 
culto como a una deidad, es por ello que desde los orígenes de la historia, el hombresiempre ha buscado la forma de mantenerse cerca de este vital líquido. 
 
Antiguamente al no contar con una tecnología apropiada para la explotación o transporte 
del agua, las primeras grandes civilizaciones conocidas, buscaron la manera de 
permanecer lo más cercano posible a ella asentándose a lo largo de los márgenes de los 
grandes ríos, formando poblados y paulatinamente grandes ciudades. Un ejemplo de ello 
son las cuencas fluviales de los ríos Nilo, Tigris, Éufrates y las zonas costeras del 
Mediterráneo, lugares que vieron florecer a las primeras grandes culturas (egipcia, 
babilónica y fenicia). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1. Primeros asentamientos humanos. 
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Paulatinamente, los avances tecnológicos permitieron al hombre descubrir formas para 
transportar, almacenar y extraer el agua del subsuelo; como ejemplo podemos citar las 
obras hidráulicas realizadas en el Imperio Romano (Figura 1.2) o las de la época del 
esplendor de los árabes, las cuales causan una gran curiosidad respecto al ingenio con el 
que eran resueltos los problemas inherentes a la elevación de aguas, el transporte y su 
reparto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2. Canal romano. 
 
De esta forma los asentamientos humanos fueron desplazándose poco a poco al interior 
de los continentes y un tanto lejos de ríos y otras fuentes superficiales e inmediatas de 
agua. 
 
Sin embargo, fue necesario esperar hasta mediados del siglo XIX (en los albores de la 
revolución industrial), para encontrar un esquema más definido aunque un tanto llano de 
lo que hoy conocemos como un sistema de abastecimiento de agua urbano. Dicho 
esquema fue provocado gracias al fenómeno de migración de la población rural hacia las 
grandes ciudades en busca de oportunidades y de sustento. La concentración de la 
población en las grandes urbes originó la necesidad de un replanteamiento en 
profundidad y con urgencia de los servicios comunes, entre los que se encuentra 
principalmente el abastecimiento de agua y la evacuación de agua residuales. La 
diferencia más grande entre los sistemas nuevos y los anteriores hasta esa época, estuvo 
basado en los niveles de oferta y demanda, así como en las diferencias técnicas y de 
organización que predominaban entonces, es decir, el punto especialmente importante es 
el salto que se produce en las demandas de agua, pasando de unos 5-15 litros a unos 
80-300 litros por habitante al día. Pese al incremento de la oferta de agua, la presión 
ejercida por el consumo llevó a una insuficiencia crónica a muchos sistemas, lo que trajo 
consigo la necesidad de buscar nuevos puntos de captación, así como la replantación de 
un nuevo sistema de distribución de agua para la población y el desuso de los pozos 
comunitarios que hasta ese punto de la historia era la forma de suministro de agua más 
eficaz. 
 
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Desde entonces, los métodos para el suministro, estudio y uso del agua han tenido una 
evolución constante hasta la actualidad, sin embargo su empleo es aun más diverso que el 
que tenía hace siglos, las técnicas de captación y suministro de esta han evolucionado y 
perfeccionado desde entonces, hoy en día el agua no solo se usa para fines de consumo e 
higiene ya que su empleo afecta los ámbitos comerciales, públicos, industriales, agrícolas, 
en la generación de energía eléctrica, en la navegación, en la recreación, riego, etc. 
 
1.2.- Elementos de un sistema de abastecimiento de agua 
Hoy en día un sistema moderno de abastecimiento de agua se compone de instalaciones 
para la captación, almacenamiento, conducción, bombeo, tratamiento y distribución. 
 
1.2.1.- Captación y almacenamiento. 
Las obras de captación y almacenamiento permiten reunir las aguas aprovechables de 
ríos, manantiales y agua subterránea. Incluyen actividades como el desarrollo y cuidado 
de la cuenca de aportación, pozos y manantiales, así como la construcción de presas y de 
galerías filtrantes. 
 
1.2.2.- Conducción y bombeo. 
 La conducción engloba a los canales y acueductos, así como instalaciones 
complementarias de bombeo para transportar el agua desde la fuente hasta el centro de 
distribución. 
 
1.2.3.- Tratamiento. 
El tratamiento es la serie de procesos que le dan al agua la calidad requerida para el 
consumo humano (osmosis inversa, rayos uv, etc.). Los límites de calidad del agua, para 
que pueda ser considerada como potable se establecen en la Norma Oficial Mexicana 
NOM-127-SSA1 vigente. 
 
1.2.4.- Distribución. 
Finalmente, la distribución comprende los medios y sistemas para proporcionar la 
dotación de agua al usuario final para su consumo. En la Figura 1.3 se muestra la 
configuración típica de un sistema de abastecimiento de agua. 
 
Cabe hacer notar, que en este proyecto hará mención de estos temas, no se pretende 
analizarlos a fondo ya que engloban demasiados conceptos, además de ser temas 
demasiado extensos. Por lo anterior, este trabajo se limitará al desarrollo y comprensión 
del tema de la distribución del agua potable y los métodos para hacerla llegar hasta el 
usuario final para su consumo. 
 
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Cabe agregar que una vez que el agua ha sido empleada, debe ser desalojada a través de 
una red de alcantarillado y conducida a una planta de tratamiento para que 
posteriormente pueda ser reutilizada o reintegrada a la naturaleza sin causar deterioro 
ambiental, aunque ese punto no será tratado en el presente trabajo. 
 
Figura 1.3. Esquema general de un sistema de abastecimiento de agua potable. 
1.3.- Red de distribución de agua potable. 
Una red de distribución de agua potable, (que se denominará en lo sucesivo red), según la 
CNA (Comisión Nacional del Agua) es el “conjunto de tuberías, accesorios y estructuras 
que conducen el agua desde tanques de servicio o de distribución hasta la toma 
domiciliaria o hidrantes públicos. Su finalidad es proporcionar agua a los usuarios para 
consumo doméstico, público, comercial, industrial y para condiciones extraordinarias 
como el extinguir incendios”1. La red debe proporcionar este servicio todo el tiempo, en 
cantidad suficiente, con la calidad requerida y a una presión adecuada. 
 
1.3.1.- Componentes de una red. 
Una red de distribución de agua potable se compone generalmente de: 
 
1.3.1.1.- Tuberías. 
Se le llama así al conjunto formado por los tubos (conductos de sección circular) y su 
sistema de unión o ensamble. Para fines de análisis se denomina tubería al conducto 
comprendido entre dos secciones transversales del mismo diámetro. 
 
La red de distribución está formada por un conjunto de tuberías que se unen en diversos 
puntos denominados nudos o uniones. 
 
 
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1.3.1.2.- Tipos de tuberías. 
Los materiales empleados en la fabricación de tuberías son diversos, en la actualidad 
existen tuberías hechas de acero, polietileno de alta densidad (PEAD), plástico (PVC), 
fibrocemento (FC) antes denominado asbesto-cemento (AC), concreto presforzado, hierro 
fundido (HF) y acero entre otros. Actualmente en México para abastecimiento de agua 
potable los materiales más empleados son, plástico (PVC) y polietileno de alta densidad 
(PEAD) para redes de distribución de mínima y mediana capacidad,así como fibrocemento 
(FC), hierro fundido, concreto presforzado y acero para redes de conducción y distribución 
de gran capacidad. 
 
Sin embargo, en la selección del material de la tubería a emplear intervienen 
características propias de cada material, tales como: resistencia mecánica, durabilidad, 
resistencia a la corrosión, capacidad de conducción, economía, facilidad de conexión y 
reparación, y especialmente la conservación de la calidad del agua. 
 
1.3.1.2.1.- Resistencia mecánica. 
La resistencia mecánica de la tubería implica principalmente soportar cargas externas, 
como cargas estáticas (relleno de la zanja) y cargas dinámicas (tráfico), ver Figura 1.4. 
Influye también en la resistencia a daños durante su instalación. Además, le permite 
soportar cargas internas generadas por el fluido (presión hidrostática), tanto de operación 
como transitorios hidráulicos (golpe de ariete), aunque en redes de distribución los 
transitorios son relativamente pequeños. Es importante resaltar que la resistencia de la 
tubería debe ser mayor que la máxima carga estática que se puede presentar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4. Resistencia mecánica que debe ofrecer la tubería a las cargas externas. 
 
1.3.1.2.2.- Durabilidad. 
La durabilidad es el grado al cual la tubería provee servicio satisfactorio y económico bajo 
las condiciones de uso. Implica larga vida útil y hermeticidad, tanto en la tubería como en 
su sistema de unión. 
 
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1.3.1.2.3.- Resistencia a la corrosión. 
La resistencia a la corrosión está muy ligada a la durabilidad, pues es la capacidad de 
resistir suelos y aguas agresivos, los cuales provocan reacciones químicas adversas entre la 
pared del tubo y su entorno - tanto interno como externo - reduciendo la capacidad de 
conducción de la tubería, así como la vida útil de la misma. 
 
1.3.1.2.4.- Capacidad de conducción. 
La capacidad de conducción depende de la lisura interior de la tubería. En hidráulica, la 
facilidad con que el agua circula a través de la tubería se determina por medio de un 
factor o coeficiente de rugosidad. De esta forma, es posible calcular las pérdidas por 
fricción. El valor del factor de rugosidad depende del material de la tubería, su edad, y las 
condiciones en que se encuentre. 
 
1.3.1.2.5.- Economía. 
En la economía de la tubería intervienen varios factores. En primer término se encuentran 
los costos de adquisición, entre los cuales intervienen la disponibilidad inmediata de tubos 
y piezas especiales, su transporte al lugar de instalación, así como su resistencia durante el 
manejo y transporte. Otro factor económico de importancia es el costo de instalación. En 
éste se deberán considerar características de la tubería como son la longitud, peso, 
revestimientos tanto interno como externo, resistencia mecánica, tipo de unión, costo, 
flexibilidad, y facilidad de instalación de los tubos. A lo anterior tendrán que añadirse 
condiciones anormales de instalación como topografía accidentada, alto nivel freático, 
cruces de ríos, carreteras o vías de ferrocarril, así como la cercanía con otros tipos de 
instalaciones (drenajes, gasoductos, etc.). 
 
1.3.1.2.6.- Tipo de unión. 
El tipo de unión empleado en las tuberías se refiere al sistema de juntas empleado para 
enlazar los tubos o tramos de tubería. Aunque existen gran variedad de juntas, algunos 
tipos son especialmente prácticos y eficientes dependiendo del material y de los 
requerimientos de instalación de la tubería. Las tuberías empleadas actualmente son 
compatibles con otros tipos de tubería, es decir, el fabricante provee adaptadores y 
ciertos tipos de juntas para enlazar tuberías de materiales diferentes. Resulta importante 
que la tubería sea reparable o al menos fácilmente reemplazable. 
 
1.3.1.2.7.- Calidad del agua. 
Finalmente, La tubería deberá mantener la calidad del agua sin añadir sabores, olores, o 
sustancias químicas al agua transportada. Adicionalmente, el sistema de unión y la tubería 
deberán evitar la infiltración de sustancias contaminantes. 
 
 
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1.3.1.3.- Materiales empleados en las tuberías. 
A continuación, se describirán las características de las tuberías que se emplean en los 
sistemas de distribución de agua potable. Se debe destacar que la fabricación de tales 
tuberías está regida por normas y especificaciones, así como por el tipo de unión y sistema 
de medición empleado para su elaboración. 
 
1.3.1.3.1.- Tuberías de plástico. 
El uso de tubos de plástico en redes de distribución se ha incrementado recientemente. 
Esta clase de tubería se fabrica de poli cloruro de vinilo (PVC) y de polietileno de alta 
densidad (PEAD). 
 
El descubrimiento del PVC se remonta a finales del siglo diecinueve al descubrirse que un 
nuevo compuesto orgánico llamado cloruro de vinilo reaccionaba fuertemente a la luz 
solar formando una acumulación de material sólido blanco en la parte baja de los tubos de 
prueba, esta reacción es la polimerización simple del PVC. El nuevo plástico fue olvidado 
debido a que en esa época no se le encontraron aplicaciones. Para los años veintes se 
retomaron las investigaciones acerca del PVC principalmente en Alemania, produciendo 
perfiles de PVC rígido. Para los años treinta los científicos e ingenieros alemanes 
desarrollaron y produjeron cantidades limitadas de tubo de PVC 4. 
 
Se puede decir que la Industria de la tubería de PVC es producto de la segunda guerra 
mundial, ya que los sistemas de agua y alcantarillado fueron destruidos en su mayoría por 
los bombardeos en Alemania, debido a esto los científicos e ingenieros alemanes 
desarrollaron la industria de la tubería de PVC para resolver los problemas de distribución 
y evacuación de las aguas. 
 
Hoy día en México, los tubos de poli cloruro de vinilo (PVC) serie métrica se fabrican en 
color blanco de acuerdo a la Norma Mexicana NMX-E-143 vigente 7, donde se clasifican 
de acuerdo a su sistema de unión en un solo tipo y un solo grado de calidad como Espiga-
campana, y por su resistencia a la presión de trabajo en cinco clases (Tabla 1.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1.1. Presión máxima de trabajo en tuberías de PVC. 
 
Clase Presión máxima de trabajo 
MPa kgf/cm2 
5 0.5 5 
7 0.7 7 
10 1.0 10 
14 1.4 14 
20 2.0 20 
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La serie métrica de tubos de PVC se fabrica en diámetros nominales de 50 a 630 mm (50, 
63, 80, 100, 160, 200, 250, 315, 355, 400, 450, 500 y 630 mm) con longitud útil de seis 
metros. Es importante señalar que en este tipo de tubería el diámetro nominal es igual al 
diámetro exterior del tubo. 
 
Sin embargo, comercialmente existe una segunda clasificación muy usada, que depende 
de la presión recomendable de trabajo (PT) y según el sistema de dimensionamiento se 
pueden clasificar en Clases, para la Serie Métrica (como describe la norma), Cedulas 
subdividiéndose en RD´s para la Serie Inglesa. El RD o relación de dimensiones, se define 
como el cociente de dividir el diámetro externo promedio entre el espesor mínimo de 
pared. 
 
La Tabla 1.2 presenta los RD´s más comerciales con las respectivas presiones 
recomendables de trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1.2. RD´s comerciales y su presión recomendable de trabajo 
 
Las ventajas de los tubos de PVC incluyen: 
 
- Hermeticidad. Por su naturaleza el PVC impide filtraciones y fugas, lo cual garantiza que 
no se altere la calidad del agua. 
 
- Paredinterior lisa. Presenta bajas pérdidas por fricción, por lo cual tiene alta eficiencia 
en la conducción de fluidos. 
 
- Resistencia a la corrosión. El PVC es inmune a la corrosión química o electroquímica. Por 
lo tanto no requiere recubrimientos, forros o protección catódica, además no se forman 
incrustaciones ni tuberculizaciones (formaciones de óxido). El PVC es altamente resistente 
al ataque químico de suelos agresivos, de aguas conducidas, de ácidos, álcalis y soluciones 
salinas. 
 
- Ligereza. Es sencillo de transportar, manejar y colocar. 
 
- Resistencia a la tensión. Mejor comportamiento frente a movimientos sísmicos, cargas 
externas muertas y vivas, así como ante sobrepresiones momentáneas (golpe de ariete). 
 
- Facilidad de instalación. Puede manejarse y cortarse en obra. 
RD (kg/cm2) PT 
13.5 22.4 
21 14.0 
26 11.2 
32 8.9 
41 7.0 
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Entre sus desventajas se tienen: 
 
Susceptibilidad a daños durante su manejo. Su resistencia puede ser afectada por 
raspaduras, o la caída de rocas durante la excavación o por el relleno de la zanja. 
 
A temperaturas menores a 0°C, el PVC reduce su resistencia al impacto. 
 
A temperaturas mayores a 25°C, se debe reducir la presión de trabajo. 
 
La exposición prolongada a los rayos solares reduce su resistencia mecánica. 
1.3.1.3.2.- Tuberías de fibrocemento (FC). 
Las tuberías de fibrocemento (FC) se fabrican con cemento, fibras de asbesto y sílice. De 
esta forma, se dispone de tubos de cuatro o cinco metros de longitud útil y coples de 
fibrocemento como sistema de unión, ambos en diámetros nominales desde 75 hasta 
2,000 mm (75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 750, 900, 1000, 1050, 
1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900 y 2000 mm). En este caso los 
diámetros nominales de los tubos corresponden al diámetro interior. 
 
Los tubos de fibrocemento se clasifican en cinco clases, dependiendo de la presión de 
trabajo, la Tabla 1.3 representa lo anterior. 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1.3. Presión interna de trabajo de las tuberías de FC. 
 
Adicionalmente, los tubos de fibrocemento se clasifican en dos tipos de acuerdo a su 
alcalinidad: 
 
- Tipo I Tubos con contenidos de hidróxido de calcio mayores al 1.0%. 
 
- Tipo II Tubos con contenidos de hidróxido de calcio menores al 1.0%. 
 
La selección de la tubería de fibrocemento, de acuerdo a su tipo, dependerá de la 
agresividad del agua (interna y externa a la tubería), así como de la presencia de sulfatos. 
Los tubos tipo II son más resistentes a la agresividad del agua y a los sulfatos. 
 
 
 
Clase Presión Interna de trabajo 
MPa Kgf/cm2 
A-5 0.5 5 
A-7 0.7 7 
A-10 1.0 10 
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Las ventajas de los tubos de fibrocemento son: 
 
- Ligereza. 
 
- Generalmente no se corroe. 
 
- Alta capacidad de conducción, es decir, bajo coeficiente de fricción. 
 
Entre sus desventajas: 
 
- Fragilidad. Se requieren cuidados adicionales durante el transporte e instalación de 
tuberías 
 
- Número de coples. A menor longitud de tubo se requiere mayor número de coples. 
 
1.3.1.3.3.- Tuberías de hierro fundido. 
El hierro fundido (HF) o colado ha sido empleado para fabricar tuberías, piezas especiales 
y válvulas. Sin embargo en México, debido a los menores costos de otros tipos de tuberías 
los tubos de hierro fundido han sido desplazados en la construcción de redes de 
distribución. En la actualidad se dispone de dos tipos de hierro fundido: el hierro gris y el 
hierro dúctil. El hierro dúctil es una mejora al hierro gris, en la cual mediante un 
tratamiento especial se logra un metal de mayor dureza y resistencia. 
 
Entre las ventajas del hierro dúctil se tienen: 
 
- Larga vida útil. En Europa se tienen tuberías de hierro gris con más de doscientos años 
de uso, aunque en general puede considerársele una vida útil de 100 años. 
 
- Alta resistencia mecánica. Posee alta resistencia a impactos y a las cargas normales y 
extraordinarias, así como a la presión interna. 
 
- Es prácticamente libre de mantenimiento. 
 
- El hierro dúctil puede ser soldado en forma económica, lo cual no sucede con el hierro 
gris. 
 
Entre sus desventajas: 
 
- Puede sufrir corrosión eléctrica o química si no se protege de suelos ácidos o alcalinos, o 
de aguas agresivas. 
 
- Peso relativamente alto, lo cual dificulta su manejo. 
 
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1.3.1.3.4.- Tuberías de concreto. 
Las tuberías de concreto son más utilizadas en líneas de conducción que en redes de 
distribución, pero pueden ser utilizadas en las tuberías principales de la red primaria en el 
caso de redes de gran tamaño. La tubería de concreto que se utiliza en agua potable es de 
concreto presforzado. 
 
Como ventajas de la tubería de concreto se destacan: 
 
- Alta resistencia mecánica. Resiste especialmente cargas muertas, es decir, el relleno de 
la zanja, así como altas presiones. 
 
- Alta capacidad de conducción. 
 
- Larga vida útil. 
 
- Bajo mantenimiento. 
 
Como desventajas: 
 
- Posible corrosión cuando se encuentra en condiciones ácidas o alcalinas. 
 
- Difícil de reparar en caso de sufrir daños. 
 
- Puede resultar complicado realizar conexiones, aunque los fabricantes cuentan con 
piezas y procedimientos especiales para realizar tales derivaciones. 
 
1.3.1.3.5.- Tuberías de acero. 
En líneas de conducción, al igual que las tuberías de concreto, las tuberías de acero son 
utilizadas cuando se tienen altas presiones y se requieren grandes diámetros. La diferencia 
entre su uso es que las tuberías de concreto generalmente son enterradas y las tuberías 
de acero se pueden emplear en instalaciones expuestas, que en caso de ser enterradas 
son protegidas por un recubrimiento exterior. 
En redes de distribución se utilizan tubos de acero de diámetros pequeños (de 50.4 mm 
(2") hasta 152.4 mm (6"), los cuales son generalmente revestidos con zinc tanto en el 
interior como en el exterior, en cuyo caso se les denomina galvanizados. Si no poseen tal 
recubrimiento se les llama tubos negros. El uso de tuberías de acero (con excepción de las 
galvanizadas) obliga a su protección interior y exterior contra la corrosión. 
 
Las tuberías de acero se fabrican en diámetros de 3.175 mm (1/8") hasta 406.4 mm (16"), 
según el fabricante estos diámetros pueden variar. 
 
 
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Las ventajas de la tubería de acero incluyen: 
 
- Alta resistencia mecánica. Resiste cargas de impacto, es decir, aunque se abolla no se 
rompe (dúctil). También resiste altas presiones internas. 
 
- En comparación con tuberías de concreto o de hierro fundido resulta más ligera. 
 
- Fácil transporte e instalación. 
 
Como desventajas: 
 
No soporta cargas externas grandes, pues es susceptible al aplastamiento. Lo mismo 
puede suceder en el caso de vacíos parciales (presiones menores a la atmosférica). 
 
- Por ser metálico presenta corrosión. Debido a su diferente composición química, la 
corrosión es más severa que en el hierro fundido. Esto crea altos costos de mantenimiento 
y reduce su vida útil, por lo cual se requieren revestimientos internos y externos para 
prevenirla. 
 
1.3.2.- Piezas especiales. 
Se le nombra piezas especiales a todos aquellos accesorios de la tubería que permiten 
formar cambios de dirección,ramificaciones e intersecciones, así como conexiones incluso 
entre tuberías de diferentes materiales y diámetros. Hoy día se dispone comercialmente 
de varios tipos de piezas como codos, reducciones, tapones, tées, anillos, empaques, 
coples, tapas, adaptadores (macho y hembra), bridas, etc. 
 
En general, se dispone de piezas especiales fabricadas de diversos materiales como hierro 
fundido, fibrocemento, PVC, polietileno, concreto presforzado y acero. También se 
dispone de accesorios complementarios empleados para formar uniones como: juntas 
mecánicas (Gibault, universal, etc.), empaques y tornillos de acero con cabeza y tuerca 
hexagonal estándar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.5. Piezas Especiales acero y PVC 
 
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Generalmente, los fabricantes de tuberías ofrecen entre sus líneas de productos 
adaptadores para tuberías de otros materiales, otros sistemas de unión o incluso tubos 
lisos que pueden ser unidos mediante juntas mecánicas y hasta con pegamento (como en 
el caso del PVC); sin embargo, para conocer un tipo particular de unión o de tubería a 
emplear es necesario obtener información de los catálogos de cada fabricante, donde se 
brindan especificaciones técnicas especificas del tipo de tubería que se trate, los 
diámetros comerciales en los que se comercializa, el régimen de presión máxima y el 
sistema de unión con otros materiales. 
 
Es importante mencionar que a las piezas o conjuntos de accesorios especiales con los 
que, conectados a la tubería, se forman deflexiones pronunciadas, cambios de diámetro, 
derivaciones y ramificaciones se les llama cruceros o uniones y que en lo sucesivo del 
presente trabajo se les nombrara de esa forma. 
 
1.3.3.- Válvulas. 
Son accesorios o también considerados dispositivos mecánicos que se utilizan para regular 
el flujo en las tuberías ya sea para detener, iniciar o controlar las características del flujo 
en los conductos. Pueden ser accionadas manualmente o por medios automáticos o 
semiautomáticos. En la actualidad existen una variedad de válvulas que sirven para 
diferentes propósitos entre algunas pueden ser de compuerta, de mariposa, de altitud, de 
admisión y expulsión de aire, controladoras de presión, de globo, de retención (check), de 
vaciado (de desagüe), de pie, etc. 
 
Existen válvulas de aislamiento o seccionamiento, las cuales son utilizadas para separar o 
cortar el flujo del resto del sistema de abastecimiento en ciertos tramos de tuberías, 
bombas y dispositivos de control con el fin de revisarlos o repararlos. En esta clasificación 
encontramos las válvulas de compuerta y de mariposa por ejemplo.. 
 
De igual forma existen las llamadas válvulas de control, usadas para regular el gasto o la 
presión, facilitar la entrada de aire o la salida de sedimentos o aire atrapados en el 
sistema. En esta clasificación encontramos las válvulas de altitud, de admisión y expulsión 
de aire, controladoras de presión, de globo, de retención (check), y de vaciado. 
 
Sin embargo, en redes de distribución las válvulas de compuerta son las más empleadas 
para aislar tramos de tubería, ya sea para su revisión o reparación, debido a su bajo costo, 
amplia disponibilidad y baja pérdida de carga cuando están completamente abiertas. 
 
A continuación se hace una breve descripción los tipos de válvulas y su propósito en una 
red de tuberías. 
 
 
 
 
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1.3.3.1.- Válvulas de compuerta. 
Válvulas de compuerta. Este tipo de válvula funciona con una placa que se mueve 
verticalmente a través del cuerpo de la válvula en forma perpendicular al flujo. Tiene la 
ventaja de que el operador puede saber con facilidad si la válvula está abierta o cerrada. 
Es importante señalar que la válvula de compuerta está destinada propiamente para ser 
operada cuando se requiera un cierre o apertura total. 
 
1.3.3.2.- Válvulas de mariposa. 
Válvulas de mariposa. Estas válvulas se operan por medio de una flecha que acciona un 
disco y lo hace girar centrado en el cuerpo de la válvula. El diseño de esta válvula permite 
emplearla como reguladora de gasto en condiciones de gastos y presiones bajos. La 
válvula de mariposa puede sustituir a la de compuerta cuando se tienen diámetros 
grandes y presiones bajas en la línea. Tienen la ventaja de ser más ligeras, de menor 
tamaño y más baratas en comparación a las válvulas de compuerta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.6. Válvula de compuerta y mariposa 
 
 
1.3.3.3.- Válvulas de asiento. 
Válvulas de asiento (válvulas de esfera). En este tipo de válvulas el elemento móvil es un 
cilindro, cono o esfera, en lugar de un disco. Tal elemento posee una perforación igual al 
diámetro de la tubería, por lo que requiere usualmente un giro de 90° para pasar de 
abertura total a cierre o viceversa. Se emplean para regular el gasto en los sistemas de 
distribución. 
 
1.3.3.4.- Válvulas de altitud o alta presión. 
Válvulas de altitud (válvulas de alta presión). Las válvulas de altitud se emplean para 
controlar el nivel del agua en un tanque en sistemas de distribución con excedencias a 
tanques. Están provistas con un flotador, las cuales abren para llenar los depósitos hasta 
un nivel máximo, después modulan la apertura para mantener un nivel de agua constante 
en el depósito ajustando el suministro a la demanda. 
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1.3.3.5.- Válvulas de admisión y expulsión de aire. 
Válvulas para admisión y expulsión de aire. Este tipo de válvulas se instalan para permitir 
la entrada o salida de aire a la línea. Lo anterior puede requerirse durante las operaciones 
de llenado o vaciado de la línea. Así mismo, se emplean en tramos largos de tuberías, así 
como en puntos altos de las mismas donde suele acumularse aire, el cual bloquea la 
circulación del agua o reduce la capacidad de la conducción. También evitan la formación 
de vacíos parciales en la línea durante su vaciado, que pudieran causar el colapso o 
aplastamiento de la tubería. Se recomienda ubicarlas especialmente en las líneas de 
conducción, en los puntos de cambio de la pendiente o en tramos largos en donde existen 
pendientes pronunciadas (ascendentes o descendentes). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.7. Válvula de admisión y expulsión de aire. 
 
1.3.3.6.- Válvulas reguladoras de presión. 
Válvulas reguladoras de presión. Existe una gran variedad de válvulas controladoras de 
presión. Así se tienen válvulas: reductoras de presión, sostenedoras de presión o 
aliviadoras de presión (según su colocación), y anticipadoras de onda. 
 
La válvula reductora de presión reduce la presión de la línea primaria y la entrega a una 
presión prefijada en línea secundaria generalmente menor, independientemente de los 
cambios de presión y/o gastos. Se emplea generalmente para abastecer a zonas bajas de 
servicio. 
 
La válvula sostenedora de presión mantiene una presión fija aguas abajo y se cierra 
gradualmente si la presión aguas arriba desciende de una predeterminada. Ambas 
válvulas pueden combinarse en una sola añadiendo además la característica de ser 
unidireccional (o de retención). 
 
Las válvulas anticipadoras de onda protegen los grupos de bombeo de la onda de presión 
causada por el paro de bombas o la falla de energía eléctrica. Se abren inmediatamente al 
inicio de la onda de presión negativa y evacuan a la atmósfera el exceso de presión que 
provoca la onda de presión positiva. 
 
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1.3.3.7.- Válvulas tipo globo. 
Constan de un disco horizontal que se acciona mediante un vástago que abre o cierra un 
orificio por donde circula el agua. Este mecanismo se encuentra dentro de una caja de 
hierro fundido con extremos de brida para los diámetros grandes y de rosca para los 
pequeños. Son voluminosas y presentan una alta resistencia al paso del agua, por lo que 
se emplean generalmente, en tuberías de diámetros pequeños (domésticas). 
 
1.3.3.8.- Válvulas de retención. 
Válvulas de retención. Las válvulas de retención (check) son automáticas y se emplean 
para evitar contraflujos (son unidireccionales), es decir, flujos en dirección contraria a la 
de diseño. Se instalan en tuberías donde el agua contenida en la tubería puede revertir su 
dirección de flujo durante el paro de una bomba o el fallo de energía eléctrica y dañar 
instalaciones hidráulicas tales como bombas y sus respectivos motores. Además impiden 
el vaciado de la línea. 
 
 
Figura 1.8. Válvula de retención (check). 
 
 
 
1.3.4.- Tanques de distribución. 
Un tanque de distribución es un depósito situado generalmente entre la captación y la red 
de distribución que tiene por objeto almacenar el agua proveniente de la fuente. 
 
El almacenamiento permite regular la distribución o simplemente prever fallas en el 
suministro, aunque algunos tanques suelen realizar ambas funciones. Un tanque de 
regulación guarda cierto volumen adicional de agua para aquellas horas del día en que la 
demanda en la red sobrepasa al volumen suministrado por la fuente. La mayor parte de 
los tanques existentes son de este tipo. Algunos tanques disponen de un volumen de 
almacenamiento para emergencias, como en el caso de falla de la fuente. 
 
Un tanque de distribución puede ser un depósito elevado o una cisterna, lo anterior 
depende de la dimensión de la red de distribución. 
 
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Es importante mencionar que una red de distribución puede ser alimentada por varios 
tanques correspondientes al mismo número de fuentes o tener tanques adicionales de 
regulación dentro de la misma zona de la red con el fin de abastecer sólo a una parte de la 
red. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.9. Tanque elevado o tanque de distribución. 
 
 
1.4.- Clasificación de las redes de distribución de acuerdo a su configuración o esquema. 
Los esquemas básicos o configuraciones se refieren a la forma en la que se enlazan o 
unen las tuberías de la red de distribución para abastecer de agua a la toma domiciliaria. 
 
De tal suerte, se tienen tres posibles configuraciones de la red: 
 
a) cerrada, 
b) abierta o 
c) combinada. 
 
1.4.1- Red cerrada. 
Cuando una red es cerrada, se dice que tiene forma de malla. La ventaja de diseñar redes 
cerradas es que en caso de falla, el agua puede tomar trayectorias alternas para abastecer 
una zona de la red. Una desventaja de las mismas es que no es fácil localizar las fugas (ver 
Figura 1.10). 
 
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Figura 1.10. Red cerrada o mallada. 
 
1.4.2- Red abierta. 
La red abierta (forma de árbol), se compone de tuberías que se ramifican sin sentido, es 
por ello que reciben el nombre de red tipo árbol. Esta configuración de la red se utiliza 
cuando el poblado es pequeño o muy disperso. Este tipo de red tiene desventajas debido 
a que en los extremos muertos pueden formarse crecimientos bacterianos y 
sedimentación; además, en caso de reparaciones se interrumpe el servicio más allá del 
punto de reparación y en caso de ampliaciones la presión en los extremos es baja (ver 
Figura 1.11). 
 
En algunos casos es necesario emplear ramificaciones en redes cerradas, es decir, se 
presentan ambas configuraciones y se le llama red combinada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.11. Red abierta o ramificada. 
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1.5.- División de las redes de distribución. 
 
Una red de distribución se divide en dos partes para determinar su funcionamiento, la red 
primaria, que es la que rige el funcionamiento de la red, y la red secundaria o "de relleno". 
 
1.5.1.- Red primaria. 
 
La red primaria permite conducir el agua por medio de líneas troncales o principales y 
alimentar a las redes secundarias. Se considera que el diámetro mínimo de las tuberías 
correspondientes a la red primaria es de 100 mm. Sin embargo, en colonias urbanas 
populares se puede aceptar de 75 mm y en zonas rurales hasta 50 mm, aunque en 
grandes urbes se puede aceptar a partir de 500 mm. 
 
1.5.2.- Red secundaria. 
 
La red secundaria distribuye el agua propiamente hasta la toma domiciliaria. Esta depende 
directamente de la red primaria para su funcionamiento. Los diámetros de esta varían de 
acuerdo al número de usuarios a los que sirve, pero en ningún caso es superior a la red 
primaria. 
 
Hasta ahora, se ha considerado a los elementos que integran a una red de distribución, los 
materiales de los que están conformados, los accesorios que se integran a la red, la 
clasificación de las redes y la división de estas. Sin embargo, para poder realizar un análisis 
correcto y una selección adecuada de los materiales a emplear es necesario conocer los 
aspectos básicos de la mecánica de fluidos y analizar los métodos existentes de 
distribución del agua actualmente y las normas que rigen su adecuado diseño y 
funcionamiento. Para lo cual, el anexo E al final de este trabajo trata del estudio de los 
conceptos de fundamentales de la mecánica de fluidos; por otra parte en el capitulo 
siguiente se analizaran los sistemas y métodos para la distribución del agua potable 
actualmente así como las normas aplicables a tal fin. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capítulo 2 
SISTEMAS Y METODOS PARA LA DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE 
 
El presente capitulo tiene como objeto, describir los métodos o sistemas empleados para 
la distribución de agua potable, las técnicas para determinar la cantidad o el gasto de agua 
necesario para cubrir con las necesidades de la población o el proyecto determinado; así 
como las normas o lineamientos que rigen su funcionamiento. 
 
2.1.- Sistemas para el suministro de agua potable. 
Los sistemas para el suministro del agua potable no son otra cosa más que las formas o 
métodos para hacer llegar el vital liquido a los consumidores. Los sistemas para la 
distribución del agua potable también reciben el nombre de aducción. El origen de la 
palabra aducción (en latín adductio, acción de conducir) ha determinado su elección como 
término técnico indicativo del conjunto de obras destinadas a transportar agua desde su 
captación hasta la distribución. 
 
2.1.1.- Tipos de Sistemas o Aducciones. 
Los sistemas o aducciones pueden clasificarse como: 
 
2.1.1.1.- Sistema por gravedad. 
Sistema por gravedad, son aquellos sistemas en los que el agua fluye por una diferencia de 
cotas geométricas entre el punto aguas arriba y aguas abajo de la conducción. Se trata del 
clásico flujo de circulacióndesde un tanque elevado a una red u otro depósito conectados 
por una tubería. 
 
2.1.1.2.- Sistema por bombeo. 
Son aquellas instalaciones en las que es necesario aportar una energía adicional (bombeo) 
al fluido por cuanto este requiere vencer una diferencia de cotas topográficas adversas. Se 
trata de la clásica impulsión desde una estación de bombeo hasta un depósito elevado. 
 
2.1.1.3.- Sistema a presión. 
Son aquellas instalaciones en las que el fluido circula en todo momento a presión dentro 
del conducto. En estas aducciones cualquier sección del conducto se encuentra 
completamente llena de agua (sistema hidroneumático). 
 
2.1.1.4.- Sistema en lámina libre o canal. 
Son aquellas en las que el régimen de circulación de fluido supone que las diferentes 
secciones de la conducción se encuentran llenas tan solo parcialmente. Para el cálculo de 
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estas aducciones deben tenerse en cuenta las expresiones de circulación de flujos en 
canales. 
 
2.1.1.5.- Sistemas mixtos. 
Son en las que parte del conducto presenta un régimen de circulación del fluido a presión 
y otra parte trabaja a gravedad. 
 
Como se puede apreciar existen varios sistemas o formas para proveer del suministro de 
agua potable a las poblaciones, sin embargo, la elección de un determinado sistema así 
como el correcto diseño y dimensionado de tal supone la resolución de diversos 
problemas fundamentales, previos a su elección cada uno de los cuales puede estar 
relacionado en ocasiones con la solución adoptada en otro de ellos. Algunos aspectos de 
consideración importantes para la elección de un sistema para el suministro de agua 
potable serán: 
 
 La elección del trazado de la red de distribución. 
 La determinación del caudal de diseño. 
 La determinación del diámetro y equipo capaz de transportar el caudal de diseño 
con un coste económico global mínimo. 
 Y el método a emplear para el abastecimiento de agua al interior de los edificios. 
 
2.2.- Aspectos a considerar para la elección del sistema de distribución a emplear. 
2.2.1.- Trazado de la red de distribución. 
 
El proyecto de un sistema de agua potable supone el trazado, en planta y en perfil 
longitudinal de la ruta que seguirá la red de tuberías. El trazado de la red está 
íntimamente ligado a las características topográficas locales, debido a que estas 
representan una ganancia o pérdida considerable en la presión interna del líquido, en este 
caso el agua y por tanto, tendrá un impacto directo en la distribución del líquido. 
 
No obstante, además del condicionamiento topográfico, otras disposiciones técnicas 
condicionarán el trazado final del conducto. 
 
2.2.2.- Determinación del caudal de diseño (Qd). 
2.2.2.1.- Técnica del CNA. 2 
 
La determinación del caudal de diseño Qd es la parte principal del diseño de una red de 
distribución. Cuando se conoce el gasto máximo instantáneo en el interior de los edificios 
o casas habitación, se puede determinar con bastante exactitud el volumen de agua 
requerido por el proyecto. Sin embargo, como se verá posteriormente, es muy difícil 
predecir dicho gasto máximo instantáneo para una localidad o área conurbada, por lo que 
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la CNA (Comisión Nacional del Agua), considera el gasto máximo horario como gasto de 
diseño para una red de distribución, el cual se obtiene de la siguiente manera: 
 
 
1. Se determina el gasto medio diario, que es la cantidad de agua requerida por un 
habitante en 1 día de consumo promedio. Matemáticamente: 
 
 
 
 (2.1) 
Donde: 
 
 
 
 
La dotación, es la cantidad de agua que se destina a cada habitante según el tipo de 
edificio y clima que predomina en la región de estudio. Ver tabla 2.1. 
EDIFICIO TIPO DOTACION 
Habitación en zonas rurales 85 l/hab/día 
Habitación o departamento 
tipo popular 
150 l/hab/día 
Habitación de interés social 200 l/hab/día 
Departamentos de lujo 250 l/hab/día 
Oficinas 70 l/hab/día 
Hospitales 500 l/cama/día 
Riego de jardines 5 l/m2 césped 
Tabla 2.1. Dotaciones por Edificio. 
2. Posteriormente se determina el gasto máximo diario, el cual se utiliza como base 
para el cálculo del volumen de extracción diaria de la fuente de abastecimiento (en caso 
de un pozo), el equipo de bombeo, conducción y tanque de regulación y/o 
almacenamiento. Matemáticamente: 
 
 (2.2) 
 
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Donde: 
 
 
 
3. Finalmente se llega al gasto máximo horario, el cual se toma como base para el 
cálculo del volumen requerido de máximo consumo y hora de máximo consumo, es decir, 
este gasto es el que abastece o alimenta a la red principal y se toma como gasto de diseño 
de la red Qd. Matemáticamente: 
 (2.3) 
Donde: 
 
 
 
Los coeficientes de variación diaria y horaria son establecidos por la CNA y representan los 
picos de consumo que pueden presentarse en un día o en una determinada hora. 
El coeficiente de variación diaria oscila de 1.2 a 1.5 dependiendo de las necesidades del 
proyecto, el CNA establece un valor de 1.2. 1. 
El coeficiente de variación horaria oscila de 1.5 a 2.0 dependiendo del requerimiento del 
proyecto por hora, se utiliza el valor de 1.5. 1. 
Dichos coeficientes son adimencionales. 
2.2.2.2.- Técnica del gasto máximo instantáneo. 
 
Se entiende por gasto máximo instantáneo o gasto de diseño, al mayor gasto que puede 
demandarse en cualquier sección de una instalación en cualquier momento del día. 
 
La determinación del gasto máximo instantáneo, es un problema complicado debido a que 
los muebles y aparatos sanitarios se operan intermitentemente y con frecuencias 
irregulares. Los diferentes tipos de muebles no tienen un uso uniforme durante el día; los 
de baño por ejemplo, están en uso frecuente cuando los habitantes de la vivienda se 
levantan por la mañana, y justo antes de que vayan a dormir. Los fregaderos de cocina se 
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usan intensamente justo antes y después de las comidas. A partir de la media noche y 
hasta cerca de las 6 A. M. el uso de los muebles es casi nulo. 
 
Por lo anterior, es difícil que el gasto máximo instantáneo sea igual a la suma de los gastos 
de cada uno de los muebles y aparatos sanitarios en cuestión, porque no suelen funcionar 
todos a la vez, sin embargo, es muy importante estudiar cuidadosamente el tipo de 
edificio objeto del diseño, porque podría darse el caso de funcionamiento simultaneo. Por 
ejemplo, en los vestidores de un club deportivo a ciertas horas del día todas las regaderas 
funcionaran probablemente al mismo tiempo. En cambio, en un edificio de 
departamentos no es probable que ocurra este fenómeno. 
Se han desarrollado varios métodos para determinar el gasto máximo instantáneo de las 
diferentes partes de un sistema de distribución de agua de un edificio, los cuales pueden 
agruparse de la siguiente manera: 
1. Métodos Empíricos 
2. Métodos ProbabilísticosEn estos métodos empíricos, se aplican criterios basados en el juicio y experiencia con 
respecto al número de muebles que deben de considerarse en operación simultánea. 
Dentro de estos métodos podemos mencionar: 
 
 Método Francés 
 Método Británico 
 Método Americano 
 
La aplicación de los denominados métodos empíricos se recomienda en el caso de las 
instalaciones con pocos muebles y aparatos sanitarios. 
 
Por otra parte, los métodos probabilísticos como su nombre lo indica, están basados en el 
estudio de la probabilidad matemática. Dentro de estos métodos, el de mayor relevancia 
es método desarrollado por el Dr. Roy. B. Hunter, conocido generalmente como método 
Hunter 2, el cual es aceptado por las normas del IMSS 3. El describir paso a paso este 
método, requeriría de varios tomos similares a este, por lo que solo nos limitaremos a 
aplicarlo para nuestro estudio. Dicho método se encuentra en el Anexo A, de este trabajo, 
el cual será relevante posteriormente. 
 
Es importante mencionar que aunque la determinación del gasto máximo instantáneo es 
aún más especifico y preciso que las formulas de la CNA, solo puede aplicarse a redes de 
abastecimiento de pequeño a mediano tamaño, y a redes de abastecimiento del interior 
de los edificios. 
 
 
 
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2.2.3.- Determinación del diámetro, velocidad y presión en la red de distribución. 
 
La determinación del diámetro de conducción depende principalmente del flujo que se 
desea conducir y de la velocidad con la que el líquido se desplaza dentro de las tuberías. 
Aunque se permiten velocidades en la mayoría de los materiales hasta de 5 m/s como se 
muestra en la Tabla 2.2, lo ideal es no exponer el material de la tubería a esas velocidades 
debido al fenómeno del golpe de ariete, y a la erosión que el agua causa al material del 
tubo. 
 
MATERIAL DEL 
TUBO 
VELOCIDAD PERMISIBLE 
MINIMA (m/s) MAXIMA (m/s) 
Concreto Simple hasta 45 cm 0.3 3.0 
Concreto Reforzado de 45 cm o 
Mayores 
0.3 3.5 
Asbesto Cemento 0.3 5.0 
Acero Galvanizado 0.3 5.0 
PVC 0.3 5.0 
Polietileno AD 0.3 5.0 
Tabla 2.2. Velocidades permisibles en los materiales. 
 
Es de uso común proponer una velocidad constante para toda la red y sus tuberías, 
asegurando con esto que el agua no se estanque ni que fluya demasiado rápido como 
para generar la erosión de la tubería. La mayoría de los proyectistas emplean velocidades 
de alrededor de 1.5 a 2.5 m/s. Es menester recordar que a mayores velocidades dentro de 
las tuberías mayores pérdidas tendremos, sin embargo, el empleo de una velocidad 
constante supone un desperdicio en cuanto a material se refiere, ya que si se emplea una 
velocidad de 1.5 m/s para todo el sistema de distribución, habrá tramos en los cuales la 
tubería será de menor diámetro que en otra y se generaran pérdidas muy elevadas; caso 
contrario en diámetros mayores desperdiciaremos tramos de tubería capaces de 
transportar volúmenes mayores de agua. Debido a ello, el IMSS (Instituto Mexicano del 
Seguro Social), especifica la velocidad recomendada para cada diámetro comercial. 
Textualmente la norma menciona: “Con objeto de no tener excesivas pérdidas de carga 
por fricción en las líneas que se consideren para la determinación de la carga total, se 
recomienda que las velocidades de flujo estén lo más cercanas posibles a las que 
producen una pérdida de carga del 8 al 10%. La velocidad máxima será de 2.5 m/s para 
diámetro de 38 mm o mayores” 3. 
 
 
 
 
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Tabla 2.3. Velocidades recomendadas por el IMSS. 
Debido a esta situación y tomando como referencia la tabla de velocidades permisibles del 
IMSS, se propone la matriz de unidades de descarga, la cual nos permite dimensionar 
rápidamente a las tuberías en función del gasto que conducen, ver Tabla 2.4. 
 
Ø 
mm 
VELOCIDAD 
(m/s) 
GASTO 
(m3/s) 
GASTO 
(lps) 
13 0.9 0.000147647 0.147646877 
19 1.3 0.000433254 0.433253705 
25 1.6 0.000902365 0.902364759 
32 2.2 0.001857943 1.857943015 
38 2.5 0.002953761 2.953760694 
50 2.5 0.00511278 5.112780009 
60 2.5 0.007885665 7.885665172 
75 2.5 0.011256962 11.25696161 
100 2.5 0.019614927 19.61492746 
150 2.5 0.045603664 45.60366363 
Tabla 2.4. Matriz de Unidades de Descarga en Función del Gasto (lps). 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIAMETRO 
(pulg.) 
DIAMETRO 
(m) 
VELOCIDAD 
(m/s) 
1/2" 13mm 0.9 
3/4" 19mm 1.3 
1" 25mm 1.6 
1 1/4" 32mm 2.2 
1 1/2" 38mm 2.5 
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También se aplica la matriz de unidades de descarga pero en función del Diámetro de la 
toma o ramal que se unen a la línea de alimentación principal. Ver Tabla 2.5. 
 
TUBO 
 
mm 
TUBO 
 in 
DIAMETROS DE SALIDA 
13 19 25 32 38 50 60 75 100 150 
13 ½ 1 
19 ¾ 3 1 
25 1 6 2 1 
32 1 ¼ 13 4 2 1 
38 1 ½ 20 7 3 1 1 
50 2 35 13 6 3 2 1 
60 2 ½ 53 21 10 4 3 2 1 
75 3 76 30 14 6 4 2 1 1 
100 4 132 54 25 11 7 4 3 2 1 
Tabla 2.5. Matriz de Unidades de Descarga en Función del Diámetro. 
La Tabla 2.5 se obtiene aplicando la ecuación de continuidad, empleando el área interior 
de la tubería comercial y la velocidad propuesta en la norma del IMSS antes descrita, 
tomando en cuenta las perdidas por fricción en las tuberías. La matriz de abastecimiento 
se puede consultar en el anexo B del presente trabajo. 
La determinación de la presión, depende del tipo del material de la tubería empleada en la 
red, ya que las tuberías hechas de acero soportan presiones mayores que las de PVC por 
ejemplo. Sin embargo, para el caso de redes de distribución de agua potable, se pueden 
emplear valores promedio de 2,5 a 6 kgf/cm2 con un valor mínimo para la toma 
domiciliaria de 1 kgf/cm2, y un máximo de 4 kgf/cm2. 
 
La norma del IMSS al respecto argumenta: “La presión máxima en cualquier punto de la 
red de distribución, incluyendo la diferencial de presión considerada, no deberá ser mayor 
de 6.0 Kg/cm” 3. 
 
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Sin embargo, el factor de importancia en el diseño en común para todos los sistemas 
anteriores y que determina la distribución y dimensionado de la red interior en cuanto a 
presión se refiere, es el factor del mueble o aparato más desfavorable. 
 
Se define como mueble más desfavorable, a aquel que con respecto al punto de 
alimentación demanda mayor presión para funcionar satisfactoriamente 2. 
 
En la práctica, es común que el mueble más desfavorable sea el más alejado y el más alto 
con respecto al punto de alimentación de la red. Sin embargo, se puede decir que el 
mueble más desfavorable es aquel que requiere una mayor presión para su adecuado 
funcionamiento. Es importante analizar en cada caso las condiciones de presión requerida 
más críticas, ya que el funcionamiento adecuado de toda la instalación interior y de la red 
de distribución está gobernado por este factor. 
 
2.3.- Métodos para el Abastecimiento de agua potable al interior de los Edificios. 
 
Para llevar a cabo el diseño de la instalación de distribución de agua potable en el interior 
de un edificio,