HIDRÁULICA APLICADA
Diseño Preliminar de un Sistema de
Abastecimiento de Agua para
Ganado Bovino
Mediante pozo profundo, bombeo y almacenamiento — Finca La Fortuna,
Caserío El Venado, Tauramena (Casanare)
Presentado por: Chaparro Álvarez, V.M. · Díaz Díaz, J.F. · Palacios López, D.E. · Torres
Macea, M.G.
Presentado a: I.C. Esp. Yury Alejandra Contreras Ruiz
FACULTAD DE INGENIERÍA · PROGRAMA DE INGENIERÍA
CIVIL · UNITRÓPICO · YOPAL -CASANARE · 2026
01 · CONTEXTO DEL PROYECTO
Descripción del Problema
Causas
P R O B L E M A C E N TR AL
Insuficiencia de abastecimiento continuo de agua para el
ganado bovino en la Finca La Fortuna.
La finca cuenta con 16 hectáreas y alberga 16 bovinos adultos de forma
permanente. La variabilidad de las precipitaciones reduce la
disponibilidad de fuentes superficiales en ciertas épocas del año,
generando riesgo de desabastecimiento.
• Ausencia de infraestructura de almacenamiento
• Dependencia de fuentes de agua variables
• Falta de un sistema de bombeo adecuado
• Inexistencia de un sistema de almacenamiento de agua
P R E G U N T A D E I N V E S T I G AC I Ó N
¿Cómo diseñar un sistema hidráulico de abastecimiento basado
en agua subterránea que garantice el suministro continuo de
agua para 16 bovinos de carne en la Finca La Fortuna?
Efectos
• Riesgo de deshidratación animal
• Disminución de la productividad ganadera
• Incremento en costos operativos
16
16 ha
100%
BOVINOS
E XTE N S I Ó N
P E R MA N E N TE S
• Deterioro del bienestar animal
02
02 · PROPÓSITO DEL ESTUDIO
Objetivos y Alcance
O B J E TI V O G E N E R AL
Diseñar preliminarmente un sistema de abastecimiento de agua
para ganado bovino mediante captación de agua subterránea,
bombeo y almacenamiento, que garantice el suministro continuo
del recurso hídrico en la Finca La Fortuna.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1
Determinar la demanda hídrica requerida por la población bovina
existente en la finca.
2
Establecer los parámetros preliminares de diseño del pozo profundo.
3
Dimensionar el sistema de bombeo requerido para transportar el
agua hasta el tanque.
4
Definir las características básicas del tanque de almacenamiento y
la distribución.
5
Diseñar y modelar el sistema mediante el software EPANET 2.2.
6
Evaluar la viabilidad técnica del sistema propuesto.
Alcance
Comprende el diseño preliminar y la evaluación técnica del sistema,
incluyendo la modelación hidráulica en EPANET 2.2. No incluye
estudios hidrogeológicos detallados, perforación del pozo, instalación
de equipos, pruebas de bombeo ni la construcción física del sistema.
03
03 · FUNDAMENTO DEL PROYECTO
Justificación
1
Importancia del Agua
El agua interviene directamente en los procesos fisiológicos,
metabólicos y productivos de los animales, siendo determinante
para su salud y desempeño.
3
Aplicación Técnica
El proyecto constituye una aplicación práctica de los principios de
hidráulica: captación de agua subterránea, sistemas de bombeo,
almacenamiento y distribución.
2
Bienestar Animal
Sistemas de abastecimiento confiables mejoran las condiciones
sanitarias, garantizan el bienestar animal y reducen los riesgos
asociados a la escasez hídrica.
4
Gestión Eficiente
Promueve el uso eficiente de los recursos hídricos mediante fuentes
subterráneas y sistemas de almacenamiento para una mejor gestión
del agua en la explotación ganadera.
04
04 · REFERENTES CONCEPTUALES
Marco Teórico
Demanda Hídrica Bovina
Pozos Profundos y Aguas
Subterráneas
Sistemas de Bombeo y Pérdidas de
Carga
En clima cálido, un bovino adulto consume entre 40
y 70 L/día según peso, temperatura y alimentación.
Fuente estable en zonas rurales; captan agua de
acuíferos mediante extracción controlada.
Transfieren energía al agua venciendo elevación y
pérdidas por fricción y accesorios.
FAO, 2018
Custodio & Llamas, 2001
Mott, 2015
Tanques y Tuberías de PVC
Unidad Gran Ganado (UGG)
Modelación con EPANET 2.2
Garantizan reservas ante interrupciones; el PVC
ofrece resistencia a la corrosión y bajo costo.
Estandariza la carga animal para estimar
necesidades de agua, alimento y capacidad del
terreno.
Software de la EPA para simular redes a presión:
caudales, velocidades, pérdidas y presiones.
Azevedo Netto et al., 2015
FAO, 2012
Rossman & Woo, 2020
05
05 · ZONA DE ESTUDIO
Localización Específica
FINCA LA FORTUNA
Caserío El Venado, municipio de Tauramena, departamento de
Casanare — región del piedemonte llanero colombiano.
Coordenadas:
5°0'17.55" N · 72°41'17.17" O
Perímetro del área:
1,945 m
Área delimitada:
159,210 m²
HIDRO G R ÁFI C AS
Próxima al río Cusiana, afluente del río Meta (macrocuenca del Orinoco).
G EO LÓ G ICAS
Cuenca sedimentaria de los Llanos Orientales; sedimentos de arenas,
limos, arcillas y gravas.
Fig. 1. Zona de estudio — Finca La Fortuna (Google Earth Pro)
G EO ELÉCT RIC AS
Profundidad de captación estimada: 40 m, coherente con acuíferos
superficiales y profundos.
06
06 · DESARROLLO DEL PROYECTO
Metodología
Metodología de tipo aplicada y cuantitativa, desarrollada de forma secuencial: desde la recopilación de información hasta la modelación y verificación
hidráulica mediante cálculo analítico y simulación computacional.
1
Caracterización
2
Demanda Hídrica
3
Diseño del Pozo y Bombeo
Localización, coordenadas y condiciones
hidrográficas, geológicas y geoeléctricas (Google
Earth Pro, IDEAM, SGC).
Criterio UGG aplicado a 16 bovinos, dotación de
45 L/animal·día → 720 L/día → caudal de diseño
1.5 L/s.
Profundidad de captación de 8 m; memoria de
cálculo en Excel (Darcy-Weisbach + coeficientes
ε).
4
5
6
Tanque y Distribución
Definición del tanque de almacenamiento y
trazado de la red en tubería PVC con válvulas
TCV.
Modelación en EPANET 2.2
Pozo (Reservoir), bomba (curva característica),
tanque (Tank) y red (Junctions, Pipes, Valves).
Verificación Analítica
Ecuación de continuidad, número de Reynolds,
Swamee-Jain y Bernoulli extendida entre nodos.
Herramientas: EPANET 2.2 (EPA) · Microsoft Excel · Google Earth Pro · Fuentes bibliográficas técnicas y oficiales
07
07 · SISTEMA PROPUESTO
Parámetros de Diseño y Materiales
720 L/día
1.5 L/s
8m
45 L/animal·día
DEMANDA TOTAL (16 BOVINOS)
CAUDAL DE DISEÑO
PROFUNDIDAD DE CAPTACIÓN
DOTACIÓN ADOPTADA
TRAMO 1 · LÍNEA DE IMPULSIÓN (Pozo → Tanque, 24 m)
Tubería de impulsión 1½"
PVC Presión RDE 21
Válvula de cheque 1½"
Bronce / PVC
Válvula de paso / compuerta 1½"
TRAMO 2 · DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD (Tanque → Bebedero, 150 m)
Tubería PEAD / manguera negra 2"
PE 100 PN 16
150 m
1 unidad
Válvula de salida de tanque 2"
Bola / Bronce
1 unidad
Bronce / PVC
1 unidad
Válvula de corte para bebedero 2"
Bola PVC
1 unidad
Codo de 90° presión 1½"
PVC Presión
3 unidades
Válvula de flotador alta presión 2"
Bronce / Plástico
1 unidad
Válvula de pie con canastilla 1½"
Bronce / PVC
1 unidad
Conectores de compresión PEAD 2"
Plástico alta res.
4 unidades
4 tubos (6 m)
Dimensionamiento del Sistema de Bombeo
El sistema de bombeo se dimensionó mediante la ecuación de Darcy-Weisbach (ε = 0.0015 para PVC nuevo) y el método de coeficientes ε para pérdidas
menores, obteniendo la Altura Dinámica Total (ADT) requerida y la potencia comercial recomendada, considerando una eficiencia de bombeo del 60 %.
08
07.1 · SISTEMA PROPUESTO
Diseño del Sistema en EPANAT 2.2
08
08 · SIMULACIÓN EN EPANET 2.2
Análisis y Resultados Hidráulicos
La red modelada es un sistema en SERIE (sin ramificaciones ni lazos): el Bebedero es el único punto de demanda, por lo que el caudal de diseño de 1.5 L/s circula
de manera continua desde el Pozo hasta el Bebedero.
VELOCIDADES Y PÉRDIDAS POR TUBERÍA
Tramo
PRESIÓN EN NODOS DE CONSUMO
D (mm)
V (m/s)
hf + hm (m)
16 → 7 (distribución)
55.4
0.62
1.22
11 → Tanque
55.4
0.62
0.03
8 → 1 (Bebedero)
55.4
0.62
0.12
Pozo → 10 (impulsión)
42.0
1.08
0.39
Tanque → 12 (impulsión)
42.0
1.08
0.95
Ambas velocidades (0.62 y 1.08 m/s) se ubican dentro del rango recomendado 0.5–2.0 m/s para tuberías de
conducción y distribución en sistemas rurales, evitando sedimentación y golpe de ariete.
PÉRDIDAS TOTALES POR TRAMO FUNCIONAL
Pozo → Tanque (impulsión)
Tanque → Bebedero (distribución)
1.3451 m
1.7746 m
Nodo 11 (junto al tanque)
19.08 kPa
Nodo 1 — Bebedero
31.39 kPa
El tanque actúa como ruptura hidráulica: aísla el bombeo de la
distribución por gravedad, generando presiones moderadas en
el punto de consumo.
Análisis de la Bomba
Hb requerida
16.35 m
Hb disponible (Q=1.5 L/s)
44.25 m
Margen disponible
27.90 m
Bomba adecuada para el caudal de diseño: entrega un margen
amplio, absorbido por las válvulas TCV que regulan la presión
de servicio.
09
09 · VERIFICACIÓN DEL MODELO
Comparación: Cálculo Analítico vs. EPANET 2.2
El cálculo analítico en Excel (ecuación de continuidad, Reynolds, Swamee-Jain y Bernoulli extendida) se contrastó con la simulación en EPANET 2.2 para validar el
comportamiento hidráulico de la red.
Parámetro
Analítico (Excel)
EPANET
Error %
Velocidad — Tubería 6 (16→7)
0.6223 m/s
0.62 m/s
0.37 %
Factor de fricción f — Tubería 10
0.02137
0.031
0.26 %
Pérdida hf — Tubería 6
1.2157 m
1.22 m
0.68 %
Pérdida hf — Tubería 10
0.5473 m
2.12 m
74.18 %
Presión — Junction 11
1.9484 m.c.a
1.97 m.c.a
1.10 %
Presión — Junction 1 (Bebedero)
3.2057 m.c.a
3.22 m.c.a
0.44 %
Alta concordancia general: los errores en velocidad, pérdida de carga y presión de la mayoría de elementos fueron inferiores al 2 %, validando la metodología
de cálculo empleada.
Excepción — Tubería 10: presenta diferencias significativas (85.68 % en velocidad, 74.18 % en pérdida de carga), lo que evidencia la necesidad de revisar la
configuración del modelo (condiciones del tanque, sentido de flujo y caudal circulante) antes de una etapa constructiva.
10
10 · CIERRE DEL ESTUDIO
Conclusiones y Recomendaciones
Demanda y Caudal Definidos
16 bovinos × 45 L/día = 720 L/día; caudal de diseño de 1.5 L/s. Pozo a 40
m coherente con la hidrogeología de la zona.
Alta Concordancia Analítico–EPANET
Errores inferiores al 2 % en velocidades, pérdidas y presiones principales;
se valida la metodología aplicada.
Bomba Adecuada
Entrega 44.25 m frente a 16.35 m requeridos: margen de 27.90 m,
confirmando capacidad suficiente para abastecer el sistema.
Sistema Técnicamente Viable
Proporciona presiones adecuadas en el punto de consumo y cumple los
criterios básicos de diseño hidráulico.
Recomendación: ajustar y validar el modelo en EPANET para eliminar la discrepancia observada en la Tubería 10, asegurando correspondencia total entre la
simulación y el cálculo analítico antes de la etapa constructiva.
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REFERENCIAS
Bibliografía
• Azevedo Netto, J. M., et al. (2015). Manual de hidráulica (9.ª ed.). Blucher.
• IDEAM. (2023). Estudio Nacional del Agua 2022. Bogotá, Colombia.
• Custodio, E., & Llamas, M. R. (2001). Hidrología subterránea (2.ª ed.). Omega.
• Pérez Carmona, R. (2018). Abastecimiento de agua potable para poblaciones
rurales. Ecoe Ediciones.
• FAO. (2018). Water use in livestock production systems and supply chains.
FAO.
• FAO. (2012). Ganadería mundial 2011: La ganadería en la seguridad
alimentaria. FAO.
• Roldán Pérez, G. (2016). Hidráulica de tuberías y canales (3.ª ed.). Univ.
Nacional de Colombia.
• Romero Rojas, J. A. (2017). Acueductos y alcantarillados. Escuela Colombiana
de Ingeniería.
• FAO. (2017). Ganadería sostenible y gestión eficiente del agua. FAO.
• Mott, R. L. (2015). Mecánica de fluidos aplicada (7.ª ed.). Pearson Educación.
• Rossman, L. A. (2000). EPANET 2: Users Manual. EPA, Cincinnati, Ohio.
• Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2021). Plataforma colaborativa
cuenca río Cusiana.
• Ulloa Melo, C. E., & Rodríguez Martínez, E. (1981). Geología del cuadrángulo
K-13 Tauramena. Boletín Geológico, 24(2), 4-30.
• Gobernación de Casanare. (2021). Términos de referencia — sistema de
bombeo solar y pozo profundo, Paz de Ariporo.
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