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PROGRAMA DE ACUEDUCTO
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA)
Prof. José Pabel Batista.Tel:809-582-0417,Cel:809-973-8347
pabelbastistawordpress.com
DESCRIPCIONDESCRIPCION
•En esta asignatura se desarrollan En esta asignatura se desarrollan los temas concernientes al diseño los temas concernientes al diseño de los elementos componentes de de los elementos componentes de un sistema de captación, un sistema de captación, producción de agua para una producción de agua para una población determinada, haciendo población determinada, haciendo especial énfasis en el sistema de especial énfasis en el sistema de distribución.distribución.
OBJETIVO GENERALOBJETIVO GENERAL
Aplicar principios de diversas Aplicar principios de diversas ciencias para planear y diseñar ciencias para planear y diseñar eficazmente sistemas de eficazmente sistemas de abastecimiento de agua potable. abastecimiento de agua potable. Así como describir las actividades Así como describir las actividades mas relevantes de la mas relevantes de la administración, operación y administración, operación y conservación de estos sistemas.conservación de estos sistemas.
OBJETIVOS ESPECIFICOSOBJETIVOS ESPECIFICOS
Identificar la información esencial que se Identificar la información esencial que se debe recopilar para la realización de debe recopilar para la realización de proyectos de sistemas de abastecimiento proyectos de sistemas de abastecimiento de agua potablede agua potable..
Conocer los criterios generales de diseño Conocer los criterios generales de diseño de las obras de captación.de las obras de captación.
Diseñar las diferentes partes que integran Diseñar las diferentes partes que integran una línea de conducción para una línea de conducción para abastecimiento de agua potable. Así como abastecimiento de agua potable. Así como diseñar una red de distribución de agua diseñar una red de distribución de agua potable.potable.
CONTENIDO
UNIDAD I
• Introducción. Importancia del suministro de agua.
• Información básica para el proyecto. Periodos de diseños de cada componente.
• Consumos y variaciones. Población de diseño.
• Fuentes Superficiales y subterráneas. Tipos, capacidad, calidad, factibilidad técnico-económica.
• Fuentes subterráneas. Acuífero libre y confinado. Capacidad-Manantiales, galerías y filtraciones. Pozos.
• El agua constituye entre un 60 y un 70% (del peso) El agua constituye entre un 60 y un 70% (del peso) de todos los organismos vivos y es fundamental para de todos los organismos vivos y es fundamental para la fotosíntesis. la fotosíntesis.
• La cantidad total de agua en la Tierra cambia muy La cantidad total de agua en la Tierra cambia muy poco año tras año. El ciclo hidrológico de poco año tras año. El ciclo hidrológico de evaporación y precipitación hace circular el agua de evaporación y precipitación hace circular el agua de la Tierra entre los océanos, la tierra y la atmósfera. la Tierra entre los océanos, la tierra y la atmósfera.
• El agua cubre el 75% de la superficie terrestre; el El agua cubre el 75% de la superficie terrestre; el 97,5% del agua es salada, sólo el 2,5% es dulce. 97,5% del agua es salada, sólo el 2,5% es dulce.
• Los casquetes de hielo y los glaciares contienen el Los casquetes de hielo y los glaciares contienen el 74% del agua dulce del mundo. La mayor parte del 74% del agua dulce del mundo. La mayor parte del resto se encuentra en las profundidades de la tierra resto se encuentra en las profundidades de la tierra o encapsulada en la tierra en forma de humedad. o encapsulada en la tierra en forma de humedad. Sólo el 0,3% del agua dulce del mundo se encuentra Sólo el 0,3% del agua dulce del mundo se encuentra en los ríos y lagos. en los ríos y lagos.
Características del Agua Potable
OlorOlor
• Son Inodoras, ni tampoco después de 10 días a 26º C Son Inodoras, ni tampoco después de 10 días a 26º C en recipiente cerrado. Los olores del Agua pueden ser:en recipiente cerrado. Los olores del Agua pueden ser:
--Productos Químicos indeseables. -Materia Orgánica en descomposición.
-Actinomicetos. - Bacterias.
• El olor puede ser indicativo de Contaminación de El olor puede ser indicativo de Contaminación de diversos tipos. Un Agua Potable debe tener un sabor diversos tipos. Un Agua Potable debe tener un sabor débil y agradable.débil y agradable.
SaborSabor
• Las aguas muy puras son menos agradables, debido a que Las aguas muy puras son menos agradables, debido a que tienen menos Minerales.tienen menos Minerales.Los Cloruros dan sabor salobre. El Magnesio lo produce Los Cloruros dan sabor salobre. El Magnesio lo produce amargo. El Aluminio sabor terrosoamargo. El Aluminio sabor terroso
• Salvo el sabor debido a Minerales que es fácilmente Salvo el sabor debido a Minerales que es fácilmente apreciable, el resto son indicadores de Contaminación o apreciable, el resto son indicadores de Contaminación o existencia de Algas Verdes - azuladas que dan sabor existencia de Algas Verdes - azuladas que dan sabor podrido y Algas Verdes sabor a Hierba.podrido y Algas Verdes sabor a Hierba.
• Nunca probar el Agua si desconoce el Origen.Nunca probar el Agua si desconoce el Origen.
ColorColor
• No tiene ColorNo tiene Color
• Si aparece color se debe a sustancias en suspensión o en solución. Si aparece color se debe a sustancias en suspensión o en solución. Color verde se debe a algas. Color Amarillo a pardo puede ser por Color verde se debe a algas. Color Amarillo a pardo puede ser por presencia de Hierro y Manganeso, también desechos de cromato dan presencia de Hierro y Manganeso, también desechos de cromato dan Color Amarillo.Color Amarillo.
• Siempre que hay Color la calidad es deficiente.Siempre que hay Color la calidad es deficiente.
TurbidezTurbidez
• Toda agua Potable debe ser transparente, y no tener partículas Toda agua Potable debe ser transparente, y no tener partículas insolubles en suspensión como Limo, Arcilla, Materia Mineral, Algas, etc.insolubles en suspensión como Limo, Arcilla, Materia Mineral, Algas, etc.
Conductividad eléctricaConductividad eléctrica
• La medida de conductividad depende de la actividad y tipos de iones del agua. Por medio de la conductividad conocemos de forma global el grado de mineralización del agua, y podemos detectar infiltraciones de aguas superficiales de mineralización diferente, o detectar la infiltración de aguas contaminadas.
NitratosNitratos
• Los nitratos existentes en el agua son, consecuencia de la nitrificación del nitrógeno orgánico o al atravesar el agua terrenos con ellos. Contaminación orgánica (aguas residuales) o por abonos químicos.
• Los nitratos pasan a nitritos en el estomago, luego a sangre y forman metahemoglobina, con lo cual la absorción del oxígeno por la sangre disminuye, produciendo asfixia interna.
NitritosNitritos
• Los nitritos son indeseables en aguas potables de consumo publico, algunas Los nitritos son indeseables en aguas potables de consumo publico, algunas aguas debido a terrenos por donde discurren o a las condiciones de aguas debido a terrenos por donde discurren o a las condiciones de almacenamiento, pobre en oxígeno, pueden presentar cierto contenido en almacenamiento, pobre en oxígeno, pueden presentar cierto contenido en nitritos.nitritos.
• La presencia de nitritos es indicador de contaminaciónLa presencia de nitritos es indicador de contaminación
• Las nitrosaminas que se pueden formar a partir de los nitritos producen cáncer Las nitrosaminas que se pueden formar a partir de los nitritos producen cáncer de vías digestivas superiores y de hígado en animales de experimentaciónde vías digestivas superiores y de hígado en animales de experimentación
ClorurosCloruros
• Depende mucho de los terrenos por donde atraviesan, pueden ser debidos al Depende mucho de los terrenos por donde atraviesan, pueden ser debidos al agua del mar, a suelos áridos lavados por la lluvia, o bien por contaminación de agua del mar, a suelos áridos lavados por la lluvia, o bien por contaminación de aguas residuales.aguas residuales.
MagnesioMagnesio
• El magnesio junto al calcio sirven para calibrar la dureza del agua. La cantidad de El magnesio junto al calcio sirven para calibrar la dureza del agua. La cantidad de Magnesio depende de los terrenos que el Agua atraviesa.Magnesio depende de los terrenos que el Agua atraviesa.
• El Magnesio es indispensable para el Crecimiento Humano.El Magnesio es indispensable para el Crecimiento Humano.
• Concentraciones superiores a 125 mg/l tienen efecto Laxante.Concentraciones superiores a 125 mg/l tienen efecto Laxante.
DurezaDureza
• La dureza es producida por los iones de calcio, magnesio, estroncio y bario. En suelos de La dureza es producida por los iones de calcio, magnesio, estroncio y bario. En suelos de basalto, arenisca y granito las aguas son blandas. En Suelos de Cal, Yeso, y dolomitas es basalto, arenisca y granito las aguas son blandas. En Suelos de Cal, Yeso, y dolomitas es Agua Dura.Agua Dura.
• Las blandas son aguas agresivas y facilita la disolución de metales de las cañerías, Las blandas son aguas agresivas y facilita la disolución de metales de las cañerías, saturnismo saturnismo (plomo).(plomo).
• Las duras precipitan el jabón, pueden presentar problemas de incrustacionesLas duras precipitan el jabón, pueden presentar problemas de incrustaciones
• El propósito Principal de un sistema de abastecimiento de Agua es suministrar Agua segura para el Consumo Humano a un costo razonable. El grado de tratamiento y la combinación de los procesos de potabilización dependen de la fuente de Agua y de su calidad.
• La cantidad de Agua para mantener la vida de una persona es pequeña, pero al agruparse formando Comunidades, la cantidad se incrementa.
La Planeación, Diseño, Construcción y La Planeación, Diseño, Construcción y Supervisión de los Sistemas de Agua Potable Supervisión de los Sistemas de Agua Potable han sido por largo tiempo una han sido por largo tiempo una responsabilidad de Ingenieros Civiles.responsabilidad de Ingenieros Civiles.
COORDINADORES
Servicio actual de Agua PotableServicio actual de Agua Potable
Descripción de las partes componentes del Descripción de las partes componentes del Sistema, estado de Conservación y grado de Sistema, estado de Conservación y grado de aprovechamiento de las mismas.aprovechamiento de las mismas.
I. Fuente(s) de Abastecimiento:I. Fuente(s) de Abastecimiento:
Ubicación con respecto a la localidad: Ubicación con respecto a la localidad: Distancia y Niveles.Distancia y Niveles.
Gastos de Explotación y Potencial.Gastos de Explotación y Potencial.
Calidad de Agua: Análisis Físicos, Químicos y Calidad de Agua: Análisis Físicos, Químicos y Bacteriológicos.Bacteriológicos.
Obra de captación: Plano detallado.Obra de captación: Plano detallado.
II. Conducción.
Plano (s) de Planta y Perfil con indicaciones de gasto conducido, Diámetro, clase y estado de Conservación de la Tubería y Accesorios.
III. Bombeo (s)
Planos de localización y detalle.
Número y Características de Bombas, Motores y Subestaciones Eléctricas y estado de Conservación.
IV. Potabilización.
Planos actualizado de localización y detalle.
Descripción y Características de las Unidades.
Gasto tratado, capacidad de proyecto y eficiencia.
Estado de conservación de las Unidades de proceso y del equipo.
Productos Químicos utilizados en el periodo de operación de la Planta y Consumos actuales.
Costos unitarios de potabilización: Máximo, Medio, Mínimo.
Problemas especiales de Potablilización, por cambios en la calidad del Agua Cruda.
V.V. Regularización.Regularización.
Plano de localización y de detalle del o de los tanques. Estado de conservación.Plano de localización y de detalle del o de los tanques. Estado de conservación.
VI. Distribución. Plano actualizado de la red indicando:VI. Distribución. Plano actualizado de la red indicando: Escala.Escala.
Nombre de Calles.Nombre de Calles.
Longitudes, Diámetros y clase de Tubería.Longitudes, Diámetros y clase de Tubería.
Válvulas.Válvulas.
Hidrantes para toma Publica.Hidrantes para toma Publica.
Hidrantes contra incendio.Hidrantes contra incendio.
Estado de conservación de tuberías y accesorios.Estado de conservación de tuberías y accesorios.
Presión Manométrica en las horas de Máximo y Mínimo consumo en diferentes puntos de la Presión Manométrica en las horas de Máximo y Mínimo consumo en diferentes puntos de la red.red.
VII. Tomas
Cantidad (con Medidor y Sin Medidor)
Características.
Estado de Conservación.
VIII. Estados Financieros
Período De Diseño
• En la solución de un proyecto de abastecimiento En la solución de un proyecto de abastecimiento de agua potable, el proyectista debe considerar de agua potable, el proyectista debe considerar el tiempo de vida útil de la obra, tomando en el tiempo de vida útil de la obra, tomando en cuenta principalmente, aspectos económicos y la cuenta principalmente, aspectos económicos y la tendencia de crecimiento de la zona en estudio.tendencia de crecimiento de la zona en estudio.
• Es el intervalo de tiempo durante el cual se estima que la obra por construir llega a su nivel de saturación; este período debe ser menor que la vida útil.
Vida Útil
Es el tiempo que espera que la obra sirva a los propósitos de diseño, sin tener gastos de operación y mantenimiento elevados que hagan antieconómico su uso o que requiera ser eliminada por ineficiente.
SISTEMAS DE AGUA POTABLE
• LOS COMPONENTES PRINCIPALES SON:
• FUENTE DE ABASTECIMIENTO• CONDUCCIONES• DEPOSITOS DE ALMACENAMIENTO Y
REGULARIZACION DEL REGIMEN DE CONSUMO
• DISTRIBUCION• PIEZAS ESPECIALES: VALVULAS DE
SECCIONAMIENTO, DE REGULACION DE CAUDAL, DE REGULACIÓN DE PRESION, MEDIDORES DE CAUDAL, HIDRANTES.
SISTEMAS DE AGUA POTABLE
• DEPENDIENDO DE LAS CONDICIONES TOPOGRÁFICAS Y DE LA MAGNITUD DEL SISTEMA, SE PUEDEN REQUERIR:
• ESTACIONES DE BOMBEO• ESTACIONES DE REFORZAMIENTO DE
LA DESINFECCION
Consumos y VariacionesConsumos y VariacionesDemanda de incendio Demanda de incendio
En las localidades donde sea necesario atender la demanda En las localidades donde sea necesario atender la demanda
contra incendio, deben ubicarse hidrantes en función de las contra incendio, deben ubicarse hidrantes en función de las
necesidades, equipo disponible y experiencia del cuerpo de necesidades, equipo disponible y experiencia del cuerpo de
bomberos.bomberos.
En condiciones de emergencia se acepta que el suministro de En condiciones de emergencia se acepta que el suministro de
la red de distribución se destine a la zona de conflicto, la red de distribución se destine a la zona de conflicto,
mediante el manejo de válvulas, disminuyendo el servicio a los mediante el manejo de válvulas, disminuyendo el servicio a los
usuarios.usuarios.
DOTACIONES CONSUMO DOTACIONES CONSUMO DOMÉSTICODOMÉSTICO
Consumos y VariacionesConsumos y VariacionesTIPO DE
ESTABLECIMIENTO DOTACION
DIARIAUND
HOTEL 500 LIT/DORM.
PENSION 350 LIT/DORM.
HOSPEDAJE 25 Lts. por m2 de área de dormitorio.
DOTACIONES habitantes 300 DOTACIONES habitantes 300 lit/hab/diaslit/hab/dias
Estimación de la Población
• Es la cantidad de personas que se espera tener Es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del Periodo de diseño en una localidad al final del Periodo de diseño del sistema de Agua Potable o Alcantarillado.del sistema de Agua Potable o Alcantarillado.
• El Crecimiento de las Ciudades está sujeto a El Crecimiento de las Ciudades está sujeto a planes de desarrollo. Para su crecimiento se planes de desarrollo. Para su crecimiento se consideran las Zonas de Reserva previstas consideran las Zonas de Reserva previstas para el desarrollo de la Ciudad a corto mediano para el desarrollo de la Ciudad a corto mediano y largo plazo. y largo plazo. PLANIFICACION URBANA.PLANIFICACION URBANA.
• En el Caso de aprovisionamiento básico de En el Caso de aprovisionamiento básico de Saneamiento, es necesario conocer la Saneamiento, es necesario conocer la definición de los usos del Suelo, según los definición de los usos del Suelo, según los Programas al respecto, para poder predecir Programas al respecto, para poder predecir la Población a servir y Diseñar la la Población a servir y Diseñar la infraestructura de estos servicios con infraestructura de estos servicios con Proyección futura.Proyección futura.
• Debido a que la población es siempre un Debido a que la población es siempre un factor relevante en la estimación futura del factor relevante en la estimación futura del Consumo de Agua, en la ocupación del Consumo de Agua, en la ocupación del suelo disponible, en la ampliación del fondo suelo disponible, en la ampliación del fondo legal, en la generación de bienes y legal, en la generación de bienes y servicios, etc., es necesario predecir de servicios, etc., es necesario predecir de alguna manera, cual será el incremento de alguna manera, cual será el incremento de la misma en tiempos determinados.la misma en tiempos determinados.
• En el Diseño y Operación de sistemas En el Diseño y Operación de sistemas relacionados con el Agua relacionados con el Agua (suministro, (suministro, tratamiento y desalojo),tratamiento y desalojo), se requieren se requieren estimaciones de la Población a corto plazo estimaciones de la Población a corto plazo (1 (1 – 10 años) y a Largo Plazo (10 – 50 años). – 10 años) y a Largo Plazo (10 – 50 años).
• Las predicciones de la Población son Las predicciones de la Población son complejas y ciertamente las estimaciones complejas y ciertamente las estimaciones pueden ser erróneas en cierto grado,pueden ser erróneas en cierto grado, dependen de componentes o factores dependen de componentes o factores particulares que pueden alterar el desarrollo particulares que pueden alterar el desarrollo Demográfico de la Comunidad.Demográfico de la Comunidad.
Los factores que influyen en la Población y la tasa de su Crecimiento, incluyenLos factores que influyen en la Población y la tasa de su Crecimiento, incluyen::
1.1. Tasas de Nacimiento – Defunciones.Tasas de Nacimiento – Defunciones.
2.2. Tasas de Emigración – Inmigración.Tasas de Emigración – Inmigración.
3.3. Anexión.Anexión.
4.4. Urbanización.Urbanización.
5.5. Políticas de descentralización de actividades Económicas.Políticas de descentralización de actividades Económicas.
6.6. Descubrimiento de nuevos Recursos Naturales.Descubrimiento de nuevos Recursos Naturales.
7.7. Desarrollo de nuevas Industrias.Desarrollo de nuevas Industrias.
8.8. Actividad Comercial.Actividad Comercial.
9.9. Uso del suelo.Uso del suelo.
10.10. Incremento en la esperanza de Vida.Incremento en la esperanza de Vida.
Una vez fijada la vida útil de la obra, realizadas Una vez fijada la vida útil de la obra, realizadas las investigaciones preliminares y la combinación las investigaciones preliminares y la combinación de otros factores, se determina el desarrollo de otros factores, se determina el desarrollo futuro que probablemente tendrá la población en futuro que probablemente tendrá la población en estudio, considerando el incremento de estudio, considerando el incremento de habitantes, así como el tipo, número y magnitud habitantes, así como el tipo, número y magnitud de actividades.de actividades.
Entonces es válido decir, en cierta medida, que Entonces es válido decir, en cierta medida, que la estimación del consumo o la aportación de la estimación del consumo o la aportación de agua potable está en función de la variación de agua potable está en función de la variación de la población basada en la proyección histórica de la población basada en la proyección histórica de la misma; simultáneamente a una estimación a la misma; simultáneamente a una estimación a futuro del uso del agua para los diferentes futuro del uso del agua para los diferentes propósitos.propósitos.
• La fuente de información más importante La fuente de información más importante para obtener datos, son los censos para obtener datos, son los censos levantados por el Instituto Nacional de levantados por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI), Estadística, Geografía e Informática (INEGI), que los realiza cada diez años.que los realiza cada diez años.
• Las Estimaciones de la población se Las Estimaciones de la población se obtienen aplicando los Métodos existentes obtienen aplicando los Métodos existentes para el cálculo de la población en un tiempo para el cálculo de la población en un tiempo deseado (intercensal o postcensal), deseado (intercensal o postcensal), basándose en la interpolación y la basándose en la interpolación y la extrapolación, según distintos Modelos extrapolación, según distintos Modelos Matemáticos.Matemáticos.
• Concluyendo que la cuantificación de la Concluyendo que la cuantificación de la evolución Demográfica puede ser definida evolución Demográfica puede ser definida anticipadamente con cierta precisión; y en anticipadamente con cierta precisión; y en donde hay que proceder con cautela y donde hay que proceder con cautela y aplicar la experiencia para decidir algún aplicar la experiencia para decidir algún Método de predicción a usar.Método de predicción a usar.
Los Métodos más usuales para la Los Métodos más usuales para la estimación de la población a futuro o de estimación de la población a futuro o de
Proyecto son:Proyecto son:
• Método Aritmético.Método Aritmético.
• Método del Porcentaje Uniforme.Método del Porcentaje Uniforme.
• Método Prolongación de la Curva a ojo.Método Prolongación de la Curva a ojo.
• Método Logístico.Método Logístico.
• Método de Crecimiento Declinante.Método de Crecimiento Declinante.
• Método de la Proporción.Método de la Proporción.
Método AritméticoMétodo Aritmético
• Su Hipótesis se basa en el hecho de que la Su Hipótesis se basa en el hecho de que la tasa de crecimiento es constante. La validez tasa de crecimiento es constante. La validez de este método se puede verificar de este método se puede verificar examinando el crecimiento de la comunidad examinando el crecimiento de la comunidad para determinar si se han producido para determinar si se han producido incrementos aproximadamente iguales incrementos aproximadamente iguales entre los Censos Recientes.entre los Censos Recientes.
En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser expresada como:expresada como:
dpdp = K = Kdtdt
En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y K es una constante. K se puede determinar K es una constante. K se puede determinar
gráficamente, o a partir de las poblaciones en gráficamente, o a partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:censos sucesivos, como:
K=K=ΔPΔP ΔtΔt
La Población futura es luego estimada a partir de La Población futura es luego estimada a partir de
Pt = Po + KtPt = Po + Kt
Pt = Población en algún tiempo futuro.Pt = Población en algún tiempo futuro.Po= Población Actual.Po= Población Actual.
t = Periodo de la Proyección.t = Periodo de la Proyección.
población actual y futurapoblación actual y futura
Población actualPoblación actual Ejem.: Una urbanización de 300 viviendas. 6habitantes por viviendas. Pac= 300x6=1800 personas Población futura Pf=Pac(1+R)^n R=tasa de crecimiento anual(2.5%). N=período de diseño( 20 @ 40 ). Pf=1800( 1+2.5/100)^20=2,950 personas
PERÍODOS DE PERÍODOS DE DISEÑOSDISEÑOS
FUENTES SUPERFICIALES PERÍODOS
SIN REGULACIÓN: DEBEN PROVEER UN CAUDAL MÍNIMO:
20 @ 30 AÑOS
CON REGULACIÓN: LAS CAPACIDADES DE EMBALSE DEBEN BASARSE EN REGISTRO
DE ESCORRENTÍA:
20 @ 30 AÑOS
FUENTES SUBTERRÁNEAS PERÍODOS
EL ACUÍFERO DEBE SER CAPAZ DE SATISFACER LA DEMANDA PARA UNA
POBLACIÓN FUTURA:
20 @ 30 AÑOS
OBRAS DE CAPTACIÓN PERÍODOS
DIQUES-TOMAS 15 @ 25 AÑOS
DIQUES-REPRESAS 30 @ 50 AÑOS
ESTACIONES DE BOMBEO PERÍODOS
BOMBAS Y MOTORES, CON UNA DURABILIDAD RELATIVAMENTE CORTA:
10 @ 15 AÑOS
LAS INSTALACIONES Y EDIFICIOS PUEDEN SER DISEÑADOS, TOMANDO EN CUENTA LAS POSIBILIDADES DE AMPLIACIONES
FUTURAS Y CON PERÍODOS DE DISEÑO DE:
20 @ 25 AÑOS
LÍNEAS DE ADUCCIÓN 20 @ 40 AÑOS
PLANTAS DE TRATAMIENTO 10 @ 15 AÑOS
REDES DE DISTRIBUCIÓNGENERALMENTE:
20 AÑOS
REDES DE DISTRIBUCIÓNGENERALMENTE DE GRAN
MAGNITUD:
30 @ 40 AÑOS
PERÍODOS DE DISEÑOSPERÍODOS DE DISEÑOS
ESTANQUES DE ALMACENAMIENTO
PERÍODOS
DE CONCRETO 30 @ 40 AÑOS
METÁLICOS 20 @ 30 AÑOS
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
• Caudales de diseño Caudales de diseño
•Caudal promedio• Qm = Dotación * Población• 86,400
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
• Caudales de diseño Caudales de diseño
• Caudal máximo diario• Qmáx diario = Qm * Cvd• Cvd = 1.25 (variación diaria)
• Conducción y Almacenamiento
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
• Caudales de diseño Caudales de diseño
• Caudal máximo horario• Qmáx horario = Qm * Cvh• Cvh = 2.0 (variación horaria)
• Redes de distribución
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones• Demanda de incendio • En las localidades donde sea necesario atender la demanda
contra incendio, deben ubicarse hidrantes en función de las necesidades, equipo disponible y experiencia del cuerpo de bomberos.
• En condiciones de emergencia se acepta que el suministro de la red de distribución se destine a la zona de conflicto, mediante el manejo de válvulas, disminuyendo el servicio a los usuarios.
DISEÑO DE REDES DE AGUA DISEÑO DE REDES DE AGUA POTABLEPOTABLE
•Distribución. Tipos de redes, ventajas y desventajas de cada tipo. Diseño de redes abiertas. Diseño de redes cerradas. Instalación de las tuberías. Otros componentes de la distribución:
válvulas de compuerta, mariposa, ventosas, hidrantes, caudalímetro, manómetros, estructura de protección de válvulas y otros dispositivos.
• Redes de DISTRIBUCIÓN•
• PARA EL DISEÑ0 DE LA RED ES IMPRESCINDIBLE HABER DEFINIDO LA FUENTE DE ABASTECIMIENTO Y LA UBICACIÓN TENTATIVA DEL ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO. CUMPLIDOS ESTOS REQUISITOS SE PROCEDERÁ AL DISEÑO DE LA RED DE DISTRIBUCCIÓN.
• PRESIONES EN LA RED
• LAS PRESIONES EN LA RED DEBEN SATISFACER CIERTAS CONDICIONES MÍNIMAS Y MÁXIMAS PARA LAS DIFERENTES SITUACIONES DE ANÁLISIS QUE PUEDEN OCURRIR. EN TAL SENTIDO, LA RED DEBE MANTENER PRESIONES DE SERVICIOS MÍNIMAS, QUE SEAN CAPACES DE LLEVAR AGUA A LA LIVIVIENDA O EDIFICACIONES
PRESIONES MÍNIMAS
TIPO DE MEDIO PRESION mínima
UDA
MEDIO RURAL 10 MCA
URBANO 20@25 MCA
PRESIONES MÁXIMO
TIPO DE MEDIO PRESION máximo
UDA
MEDIO RURAL 50 MCA
URBANO 50 MCA
DEPENDE DE LA TOPOGRAFIA DEL TERRENO
RUGOSIDAD DE LAS TUBERIASRUGOSIDAD DE LAS TUBERIAS
• SE UTILIZA PRINCIPALMENTE LA FORMULA DE HAZEN – WILLIAMS• • V = 1.318 C R0.63 S0.54
• QUE COMBINADA CON LA ECUACION DE CONTINUIDAD (Q=VXA) PUEDE ESCRIBIRSE EN LA FORMA:
• • h = α L Q1.85
• EN ESTA EXPRESION:• L = LONGITUD DE LA TUBERIA , METROS• h = PERDIDA DE CARGA, METROS• α = COEFICIENTE QUE DEPENDE DE C Y DEL DIAMETRO• Q = CAUDAL, LPS• VALORES DEL COEFICIENTE C MAS UTILIZADOS• HIERRO FUNDIDO 100• HIERRO FUNDIDO DUCTIL 100• HIERRO GALVANIZADO 100 – 110• ASBESTO CEMENTO 120• POLICLORURO DE VINILO (PVC) 140
• RUGOSIDAD DE LA TUBERIA • EN LA DETERMINACION DE LOS DIÁMETROS A UTILIZAR ES FRECUENTE
LA UTILIZACIÓN DE LA FÓRMULA DE WILLIAMS Y HAZEN, CUYA EXPRESION ORIGINAL ES:
V = CR^0.63 S^0.54 X 0.001^-0.04
• V=VELOCIDAD MEDIA• R=RADIO HIDRÁULICO( D/4)• S=PENDIENTE DEL GRADIENTE HIDRÁULICO O PÉRDIDA DE CARGA.• C=COEFICIENTE DE RUGOSIDAD.
• LA EXPRESIÓN ANTETERIOR PUEDE INDICARSE:
• V = 1.318 CR^0.63 S^0.54
• Q= VXA= 1.318 C (D/4)^0.63 X (H/L)^0.54 X (ЛD^2/4)
• H^0.54=(Q X 4 X 4^0.63 X L^0.54)/(Л D^2 X D^0.63 X 1.318 C)
• H=(Q/CD^2.63) X (4X4^0.63/ Л X 1.318)^1/0.54 X L
• 1/0.54=1.85
• (4X4^0.63/ Л X 1.318)^1/0.54=4.720
• H=4.720 X L X (Q/CXD^2.63)^1.85
• 4.720 (1/CD^2.63)^1.85=α
• h = α L Q1.85
VELOCIDADES PERMISIBLES
VELOCIDADES PERMISIBLES
EJEMPLO DISEÑO URBANIZACIONEJEMPLO DISEÑO URBANIZACION
EJEMPLO N01EJEMPLO N01
PARA LA SIGIENTE URBANIZACION DISEÑARPARA LA SIGIENTE URBANIZACION DISEÑAREL SISTEME DE REDES DE AGUA POTABLE.EL SISTEME DE REDES DE AGUA POTABLE.
DATOS:DATOS:1.1.DOTACION 300 LITS/HAB./DIASDOTACION 300 LITS/HAB./DIAS2.2.TASA DE CRECIMIENTO ANUAL 3 %TASA DE CRECIMIENTO ANUAL 3 %3.3.PERIODO DE DISEÑO 20 AÑOSPERIODO DE DISEÑO 20 AÑOS4.4.USAR 5 PERSONAS POR SOLARUSAR 5 PERSONAS POR SOLAR5.5.DOTACION AREA COMERCIAL 6 LITS/M2DOTACION AREA COMERCIAL 6 LITS/M26.6.DOTACION AREA VERDE 2LITS/M2DOTACION AREA VERDE 2LITS/M27.7.TUBERIA EXISTENTE C/PRINCIPAL 3”PVC SCH40TUBERIA EXISTENTE C/PRINCIPAL 3”PVC SCH408.8.PRESION EN EL PUNTO 1 DE CONEXIÓN 30 PSIPRESION EN EL PUNTO 1 DE CONEXIÓN 30 PSI9.9.COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE LA TUBERIA 140COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE LA TUBERIA 140
lotificacionlotificacion
CALCULO DE LA POBLACION CALCULO DE LA POBLACION FUTURAFUTURA
Población actualCANTIDAD DE SOLARES= 27CANTIDAD DE PERSONAS POR VIVIENDA= 5Pact= 27x5=135 personas
Población futuraPf=Pact(1+R)^nR=tasa de crecimiento anual(3%).N=período de diseño( 20).Pf=135( 1+3/100)^20= 243.82 = 244 personas
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
Caudales Caudales Caudal promedio para población futura:
Qm1 = Dotación * Población Futura
86,400
Qm = 300 lits/personas/días * 244 personas
86,400
Qm=0.85 Lits/seg
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
Caudal promedio para área comercial:
Qm2 = Dotación comercial * área
comercial 86,400
Qm = 6 lits/m2/días * 2000 m2 86,400
Qm=0.14 Lits/seg
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
Caudal promedio para área verde:
Qm3 = Dotación área verde * área
verde 86,400
Qm = 2 lits/m2/días * 800 m2 86,400
Qm=0.019 Lits/seg
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
CaudalesCaudalesCaudal promedio total (caudal medio total): Qmet =Qm1+Qm2+Qm3 Qmet = 0.85 Lits/seg+0.14 Lits/seg+0.019 Lits/seg
Qmet = 1.01 Lits/seg
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
• Caudales de diseño Caudales de diseño
• Caudal máximo diario• Qmáx diario = QmEt * Cvd• Cvd = 1.25 (variación diaria)• Qmáx diario = 1.01*1.25• Qmáx diario = 1.26 lits/seg
Consumos y VariacionesConsumos y Variaciones
• Caudales de diseño Caudales de diseño
• Caudal máximo horario• Qmáx horario = QmEt * Cvh• Cvh = 2.00 (variación horaria)• Qmáx horario = 1.01*2.00• Qmáx horario = 2.02 lits/seg
•
PLANO CURVA DE NIVELPLANO CURVA DE NIVEL
TRAZADO RED DE AGUA POTABLE TRAZADO RED DE AGUA POTABLE PARA FINE DE CALCULOPARA FINE DE CALCULO
P5
• Calculo de la longitud total de la red:
• Ltotal=L1+L2+L3+L4• Ltotal=66.42MTS+65.27MTS+75.3MTS+58.4
5MTS• Ltotal=265.44MTS
PLANO CURVA DE NIVELPLANO CURVA DE NIVEL
COTA DE TERRENO
COTA1 = 92 MTS COTA2 =92 MTS COTA3 =95 MTS COTA4 =97 MTS COTA5 =103 MTS
CAUDAL POR METRO LINEALCAUDAL POR METRO LINEAL
• Caudal por metro linealQml = QMAX HORARIO LTOTAL
Qml = 2.02/265.44=0.0076LITS/SEG/ML
FORMULAS PARA EL DISEÑO FORMULAS PARA EL DISEÑO DE LAS REDESDE LAS REDES
Cota 1P1 P2
L
Cota 2
Hf= Pérdidas por fricción de la tuberías de tramo 1-2
SI TENEMOS LA PRESION P1
H1-2 = α L Qmáx horario 1-2 ^1.85 Pág.26, Simon Arocha R.
P2 = P1 + (Cota1-Cota 2) – H1-2
DETERMINACION DE LAS PRESIONES
TRAMO LONG.MTS
QTRAMOLits/s
1-2 66.42 0.50
2-3 65.27 0.50
Qml =0.0076LITS/SEG/ML
3-4 75.30 0.57
4-5 58.45 0.44
Hfmts
Hmmts
Htmts
0.016 0.0024 0.018
0.016 0.0024 0.018
0.024 0.0036 0.028
0.011 0.0017 0.013
Cotaa
Cotab
Pmca
92 92 20.98
92 95 17.96
95 97 15.93
97 103 9.92
UNIDAD II
•Estaciones de bombeo. Componentes. Selección de equipos. Diseño del cárcamo, línea de impulsión. Operación del sistema de bombeo.
Conducción. Tipos de conductos. Sistemas por gravedad y bombeo. Materiales utilizados. Piezas especiales. Juntas. Instalación de tuberías. Golpe de ariete y obras de control.
ESTACIONES DE BOMBEO DE AGUA POTABLEESTACIONES DE BOMBEO DE AGUA POTABLE
Una vez que se ha decidido la necesidad de utilizar una Una vez que se ha decidido la necesidad de utilizar una estación de bombeo, debe seleccionarse el lugar donde se estación de bombeo, debe seleccionarse el lugar donde se va a ubicar y deben considerarse los siguientes factores:va a ubicar y deben considerarse los siguientes factores: Accesibilidad (Instalación y mantenimiento)Accesibilidad (Instalación y mantenimiento) Restricciones respecto a uso de suelo.Restricciones respecto a uso de suelo. El diseño de la estación de bombeo debería ser El diseño de la estación de bombeo debería ser multidisciplinariomultidisciplinario
•Ing. CivilIng. Civil•Ing. EléctricoIng. Eléctrico•IngIng.. Mecánico Mecánico
Desventajas que presenta una Desventajas que presenta una estación de bombeoestación de bombeo
Inversión inicial.Inversión inicial.
Gasto de energía.Gasto de energía.
Gastos de mantenimiento y operaciónGastos de mantenimiento y operación
Riesgo de inundación cuando no se Riesgo de inundación cuando no se dispone de cota suficiente para prever un dispone de cota suficiente para prever un aliviadero de seguridad.aliviadero de seguridad.
Para el diseño de la estación de Para el diseño de la estación de Bombeo debemos considerar los Bombeo debemos considerar los siguientes aspectos:siguientes aspectos:
El equipo de bombeoEl equipo de bombeo
Los accesorios complementariosLos accesorios complementarios
Las edificaciones y las fundacionesLas edificaciones y las fundaciones
La estación elevadora en su sentido más general La estación elevadora en su sentido más general está formada por los siguientes elementos que está formada por los siguientes elementos que deberán definirse y justificarse en el estudio:deberán definirse y justificarse en el estudio:
a)a) Cámara de toma reguladora de la aspiraciónCámara de toma reguladora de la aspiración
b)b) Conductos de aspiración.Conductos de aspiración.
c)c) Edificio destinado a proteger las bombas.Edificio destinado a proteger las bombas.
d)d) Bombas.Bombas.
e)e) Impulsión.Impulsión.
f)f) Controles.Controles.
g)g) automatizaciónautomatización
TIPOS DE ESTACIONES DE BOMBEOTIPOS DE ESTACIONES DE BOMBEO
La selección depende de varios factores:La selección depende de varios factores: •Capacidad-caudalCapacidad-caudal•Tipo de bombasTipo de bombas•CostoCosto•Consideraciones ambientalesConsideraciones ambientales•Consideraciones estéticasConsideraciones estéticas
CLASIFICACIONCLASIFICACION
TIPO DE CONSTRUCCIONTIPO DE CONSTRUCCION
1.Prefabricado con equipo de bombeo tipo 1.Prefabricado con equipo de bombeo tipo paquete y sus controles.paquete y sus controles.
2.Construidos según requerimiento del 2.Construidos según requerimiento del propietariopropietario 3.Equipo de bombeo tipo paquete para ser 3.Equipo de bombeo tipo paquete para ser instalado en registros o en estructuras bajo instalado en registros o en estructuras bajo tierra.tierra.
LOCALIZACION DE LAS BOMBASLOCALIZACION DE LAS BOMBAS
1.Dentro de un cárcamo húmedo1.Dentro de un cárcamo húmedo
2.Dentro de un cárcamo seco2.Dentro de un cárcamo seco
3.Sobre la superficie de la tierra (Superficial)3.Sobre la superficie de la tierra (Superficial)
4.Debajo de la superficie de la tierra 4.Debajo de la superficie de la tierra (Enterrado)(Enterrado)
UNIDAD III
•Regulación. Funciones de los depósitos. Tipos localización. Calculo hidráulico. Accesorios. Tratamiento del agua. Coagulación. Floculación. Sedimentación. Filtración. Desinfección.
Son las tuberías que conducen el agua desde Son las tuberías que conducen el agua desde las fuentes de abastecimiento hasta la planta las fuentes de abastecimiento hasta la planta de tratamiento y desde ésta a los depósitos de de tratamiento y desde ésta a los depósitos de regularización del régimen de consumo.regularización del régimen de consumo.
Dependiendo de la fuente de abastecimiento, Dependiendo de la fuente de abastecimiento, las conducciones pueden ser por bombeo o por las conducciones pueden ser por bombeo o por gravedad.gravedad.
LINEAS DE CONDUCCION
COMPONENTES ADICIONALESCOMPONENTES ADICIONALES
•Estructuras como desarenadores, tanques Estructuras como desarenadores, tanques rompecarga, anclajes y registros de rompecarga, anclajes y registros de inspección y operación de válvulas.inspección y operación de válvulas.
•Accesorios como reducciones, codos, tee.Accesorios como reducciones, codos, tee.
•Válvulas: Seccionamiento, desagüe para Válvulas: Seccionamiento, desagüe para limpieza, de aire, reductoras de presión.limpieza, de aire, reductoras de presión.
Deben utilizarse los sistemas por gravedad Deben utilizarse los sistemas por gravedad preferentemente tomando en consideración, preferentemente tomando en consideración, principalmente los costos de operación.principalmente los costos de operación.
CRITERIOS PARA DISEÑO DE LINEAS CRITERIOS PARA DISEÑO DE LINEAS DE CONDUCCION POR GRAVEDADDE CONDUCCION POR GRAVEDAD
Se requerirán los datos topográficos de la Se requerirán los datos topográficos de la línea a diseñar. Planimetría y perfil.línea a diseñar. Planimetría y perfil.
Carga disponibleCarga disponible
Es la diferencia entre el nivel mínimo de agua Es la diferencia entre el nivel mínimo de agua en la captación y el nivel máximo de agua en en la captación y el nivel máximo de agua en la planta potabilizadora, o la diferencia de la planta potabilizadora, o la diferencia de nivel entre la salida de la cisterna de agua nivel entre la salida de la cisterna de agua tratada y el nivel máximo en el tanque de tratada y el nivel máximo en el tanque de almacenamiento.almacenamiento.
Caudal de diseño:Caudal de diseño:
El caudal de diseño a utilizar es:El caudal de diseño a utilizar es:
Qdis = Cvd QmQdis = Cvd Qm
donde:donde:
Qdis Qdis es el caudal de diseñoes el caudal de diseñoCvdCvd es el coeficiente de variación diaria es el coeficiente de variación diariaQmQm es el caudal medioes el caudal medio
LINEAS DE CONDUCCION POR LINEAS DE CONDUCCION POR BOMBEOBOMBEO
Cuando la fuente de almacenamiento está por debajo de los Cuando la fuente de almacenamiento está por debajo de los sitios de consumo de agua se requerirá el bombeo.sitios de consumo de agua se requerirá el bombeo.
A diferencia de una línea de conducción por gravedad, donde la A diferencia de una línea de conducción por gravedad, donde la carga disponible es un criterio lógico de diseño que permite la carga disponible es un criterio lógico de diseño que permite la máxima economía, al elegir diámetros cuyas pérdidas de carga máxima economía, al elegir diámetros cuyas pérdidas de carga sean máximas.sean máximas.
En el caso de sistemas por bombeo, se trata de una carga que En el caso de sistemas por bombeo, se trata de una carga que hay que vencer para conducir el agua hacia donde queremos. hay que vencer para conducir el agua hacia donde queremos. Se puede hablar de dos casos extremos:Se puede hablar de dos casos extremos:
1.1.Diámetros pequeños y equipo de bombeo grandes. Se Diámetros pequeños y equipo de bombeo grandes. Se tiene un costo mínimo para tuberías, pero máximo para los tiene un costo mínimo para tuberías, pero máximo para los
equipos de bombeo, operación y mantenimiento.equipos de bombeo, operación y mantenimiento.
2.2.Diámetros grandes y un equipo bombeo de baja Diámetros grandes y un equipo bombeo de baja potencia. potencia. Se tiene costos altos para la tubería y bajos Se tiene costos altos para la tubería y bajos para los para los equipos de bombeo, operación y mantenimiento.equipos de bombeo, operación y mantenimiento.
Caudal de diseñoCaudal de diseño
El caudal de diseño para estos sistemas es igual que El caudal de diseño para estos sistemas es igual que en el caso anterior:en el caso anterior:
Qdis = Cvd QmQdis = Cvd Qm
Sin embargo, no es recomendable ni práctico Sin embargo, no es recomendable ni práctico bombear durante 24 horas. Es factible reducir las bombear durante 24 horas. Es factible reducir las horas de bombeo incrementando el caudal. Se horas de bombeo incrementando el caudal. Se puede utilizar la expresión:puede utilizar la expresión:
2424Qb = Q dis -------Qb = Q dis ------- N N
CRITERIOS DE DISEÑO PARA EL DISEÑO DE CONDUCCIONES POR BOMBEO
Sin embargo, se acostumbra, para los casos Sin embargo, se acostumbra, para los casos de sistemas por bombeo utilizar el de sistemas por bombeo utilizar el QmQm en vez en vez de de QQdisdis, tomando en consideración que las , tomando en consideración que las deficiencias en caudal que pudieran ocurrir deficiencias en caudal que pudieran ocurrir durante la operación puede resolverse durante la operación puede resolverse aumentando el tiempo de bombeo.aumentando el tiempo de bombeo.
Por lo tanto la expresión se transforma en:Por lo tanto la expresión se transforma en:
2424Qb = Q m --------Qb = Q m -------- N N
Generalmente N < 16 horasGeneralmente N < 16 horas..
Selección del diámetroSelección del diámetro Será aquella que, satisfaciendo criterios técnicos, Será aquella que, satisfaciendo criterios técnicos, resulte la más económica. Se sugiere utilizar 3 o 4 resulte la más económica. Se sugiere utilizar 3 o 4 diámetros, variando los rangos de caudal demandado diámetros, variando los rangos de caudal demandado dentro del período de proyecto.dentro del período de proyecto.
Una vez que se determinan las pérdidas de carga , se Una vez que se determinan las pérdidas de carga , se puede obtener la potencia requerida para la bomba,puede obtener la potencia requerida para la bomba,
Υ Q heΥ Q heP = ------------P = ------------ 76 η76 η
Para seleccionar los posibles diámetros que pudieran Para seleccionar los posibles diámetros que pudieran utilizarse, usar cuadro 17 Arocha.utilizarse, usar cuadro 17 Arocha.
TANQUES DE ALMACENAMIENTOTANQUES DE ALMACENAMIENTO
• Los estanques de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el funcionamiento de un servicio eficiente.
Sus funciones principales dentro del sistema de abastecimiento de agua potable son:
1.Compensar las variaciones de los consumos
que se producen durante el día.2.Mantener las presiones de servicio en la red
de distribución.3.Mantener almacenada cierta cantidad de agua
para atender situaciones de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías.
Aspecto más importantes para el Aspecto más importantes para el diseño de los estanques de diseño de los estanques de
almacenamiento:almacenamiento:
1.1. CapacidadCapacidad2.2. UbicaciónUbicación3.3. Tipos de estanques a utilizarTipos de estanques a utilizar
TEMA DE EVALUACION
•1er Parcial…… 30%
•2do Parcial….. 30%
•3er Parcial Trabajo final: a) Diseño de un sistema de redes de una
Urbanización…..15%. b) Examen oral..15%.
•10%
BIBLIOGRAFIA
• Texto -Arocha, Simon.(1978). Abastecimiento de
Agua, Teoría y Diseño. Caracas. Ediciones Vega.
• Consulta
-López Cualla. Ricardo Alfredo.(2000). Diseño de Acueductos y Alcantarillados. Santafé de Bogotá: Alfaomega.