PROYECTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE PARA LA CUIDAD DE TUPIZA

1. INTRODUCCION.-

ORIGEN DEL AGUA.-

Los sistemas de abastecimiento de agua potable se pueden clasificar por la fuente del agua, de le que se obtienen:

Agua de lluvia almacenada en aljibes. Agua proveniente de manantiales naturales, donde el agua

subterránea aflora a la superficie. Agua subterránea, captada a través de pozos o galerías

filtrantes. Agua superficial, proveniente de ríos, arroyos, embalses o lagos

naturales. Agua de mar.

Según el origen del agua, para transformarla en agua potable deberá ser sometida a tratamientos, que van desde la simple desinfección, hasta la desalinización.

COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO.-

El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que es el que utiliza aguas superficiales, consta de las siguientes partes:

Almacenamiento de agua bruta. Captación. Línea de Aducción. Planta de Tratamiento. Almacenamiento de agua tratada.

Red de distribución. Conexión domiciliaria.

2. DESCRIPCION DEL LUGAR.-

HISTORIA.-

La ciudad se encuentra en el territorio ancestral de los chichas. Se cree que la ciudad habría sido fundada entre fines de 1535 y enero de 1536, como base de aprovisionamiento para la expedición de Diego de Almagro a Chile. No se sabe si la población fue creada por el propio Almagro o por su adelantado Juan de Saavedra, jefe de una partida exploratoria. De ser cierta esta creencia, Tupiza sería junto con Paria (Oruro) (fundada en las mismas circunstancias) la ciudad española más antigua de Bolivia, y la segunda más antigua no fundada por los españoles.Esto se refrendaría en la existencia de registros notariales que nombran a españoles como vecinos de Tupiza ya en 1539, el mismo año de la fundación de Chuquisaca.Otra versión asegura que la ciudad fue fundada el 4 de junio de 1574 por Luis de Fuentes y Vargas, quien se encaminaba por el valle a establecer la ciudad de Tarija.La actual región de Sud Chichas y el este de Sud Lipez pertenecían a Argentina hasta la independencia de la República de Bolívar en la que dichos territorios pasaron a ser bolívares (actualmente bolivianos). Desde entonces hasta la Guerra del Pacífico, Argentina reclamaba esos territorios, hasta casi llegar a una guerra.El 7 de noviembre de 1810, a 25 km al sur de la ciudad, se libró la batalla de Suipacha, en que los ejércitos patriotas remitidos por la Primera Junta de Buenos Aires, bajo el mando de Juan José Castelli, por primera vez derrotaron a los realistas.El 25 de noviembre de 1895 el presidente Mariano Baptista decretó que Tupiza fuera oficialmente reconocida como ciudad, convirtiéndose en capital de la Provincia de Sud-Chichas.En 1908 los célebres bandoleros estadounidenses Butch Cassidy y Sundance Kid, realizaron sus últimos atracos en Tupiza. Luego de estas acciones ambos fueron acorralados por un pequeño pelotón del Ejército de Bolivia en el cercano pueblo minero de San

Vicente. Tras un tiroteo, en que los bandidos resultaron heridos, Cassidy habría rematado a su compañero para luego suicidarse.

COSTUMBRES.-

El principal atractivo turístico de esta localidad es la "Fiesta de Reyes" que se realiza el 6 de Enero. En el barrio de Remedios.Varios operadores locales de turismo ofrecen excursiones a la supuesta tumba de Butch Cassidy y Sundance Kid, en el cercano pueblo de San Vicente. Otras atracciones locales son los petroglifos, desfiladeros y curiosas formaciones rocosas (geoformas) de las montañas cercanas, como las que se encuentran en Valle de los Machos.

GEOGRAFÍA.-

Se localiza en las coordenadas 21°26 ′ 15 ″ S   65°42 ′ 57 ″ O , a una altitud de 2.850 msnm.

La ciudad está enclavada en el angosto valle agrícola del río Tupiza.La jurisdicción territorial del municipio abarca una superficie de 6.503 km². Limita al norte con la provincia de Nor Chichas, al oeste con la provincia de Sud Lípez, al este con los departamentos de Tarija y Chuquisaca y al sur con la provincia de Modesto Omiste y la República Argentina.

CLIMA.-

Tiene una temperatura más cálida que el resto del departamento, por ser un valle. La temperatura media es de unos 25 grados, siendo caluroso en verano y frígido en invierno.

POBLACIÓN.-

El municipio de Tupiza se divide en un total de 7 distritos y 22 comarcas.La ciudad propiamente dicha se divide en 5 villas, 7 barrios, 1 urbanización y 3 distritos.Tupiza es una ciudad y municipio de Bolivia, ubicado en el departamento de Potosí al sureste del país. Es la capital de la provincia de Sud Chichas. Su población es de 43.100 personas (2009).

ACTIVIDAD ECONÓMICA.-

Tupiza ha sido, tradicionalmente, un importante centro minero, destacándose en esta actividad las minas de Chillcobija las cuales fueron ricas en plata, plomo, cobre, estaño, zinc y antimonio.

3. OBJETIVOS.-

Realizar el diseño de la RED DE ABASTECIMIENTO para dotar de agua potable a una población Se debe brindar un servicio de calidad para el consumo humano y su comodidad que serian las presiones

4. FUNDAMENTO TEORICO.-

FUENTES DE AGUA .-

De acuerdo a la forma en que se encuentra en la naturaleza, las distintas fuentes de provisión de agua, son las siguientes:

Aguas Meteóricas Aguas Superficiales

Aguas Sub-Álveas Aguas Subterráneas  

El agua proveniente de estas fuentes puedan ser naturalmente potables, y otras necesitan un tratamiento correcto previo a su entrega al consumo.La selección de la fuente de provisión constituye tarea fundamental de la que ha de depender la seguridad del servicio que se preste. Deben balancearse cuidadosamente dos aspectos: sanitario y económico, de manera de elegir una fuente que nos asegure la provisión de agua en cantidad y calidad necesaria, y al mismo tiempo nos permita la máxima economía de construcción y posterior operación y mantenimiento de servicio.Con este enfoque, se puede establecer un orden de carácter orientador en la elección de la fuente de agua:

Agua naturalmente potable y conducción por gravedad Agua naturalmente potable con toma y conducción por bombeo Tratamiento del agua y conducción por gravedad Tratamiento del agua con toma y conducción por bombero

Cuando existan varias alternativas conviene hacer un estudio de todas, desarrollándolas hasta la etapa de anteproyecto con estimación de los gastos de explotación para poder elegir la solución más conveniente.Haremos ahora una descripción de los distintos tipos de fuentes, las características que proveen la calidad y sus posibilidades de aplicación. AGUAS METEÓRICAS.-

Para el caso de comunidades rurales o pequeñas poblaciones aparece como posible fuente de provisión la captación de aguas de lluvia, la que debe ser recogida sobre el terreno preparado adecuadamente. En cuanto a la calidad de esta agua podemos mencionar que tienen sólidos disueltos en baja cantidad, muy baja turbiedad; por su composición química se consideran de baja alcalinidad y dureza, y a su vez de alto contenido de CO2 (las aguas de lluvia al caer disuelven el CO2 de la atmósfera). Esto se corrige mediante el agregado de cal, Para este tipo de tratamiento es conveniente no utilizar cañerías de plomo por la agresividad de las aguas.

 AGUAS SUPERFICIALES.-Se denominan así a las aguas provenientes de los ríos, arroyos, lagos, etc. En nuestro país las aguas superficiales proveen a más del 70 % de la población servida. Son en general aguas turbias y con color, y además, por ser superficiales están sujetas a contaminarse. Por estas causas exigen tratamiento potabilizador, incluido desinfección previa a su entrega al consumo.

 AGUAS SUB-ALVEAS.-Son las aguas que corren por el subálveo del rió. Se captan en general mediante pozos filtrantes o galerías filtrantes. Son en general aguas de muy buena calidad ya que han sufrido un proceso natural de filtración. El costo de las obras para utilización de esta agua es algo elevado.

AGUAS SUBTERRÁNEAS.-Son las aguas que se encuentran en el subsuelo. Podemos distinguir 3 tipos de fuentes subterráneas distintas según la posición del agua en el suelo.Aguas subterráneas profundasLas aguas subterráneas profundas captadas mediante pozos semisurgentes dan por lo general aguas potables y han sido utilizadas

exitosamente en muchas zonas del país, ocupando el segundo lugar en número de habitantes servidos y el primero en numero de localidades servidas.Las aguas subterráneas carecen habitualmente de turbiedad y color, pero en algunos casos de aguas subterráneas ferruginosas, estas se colorean a poco de extraerlas por oxidación de compuestos ferrosos contenidos en las mismas y requieren tratamiento corrector previo a su entrega al consumo. También es necesario tratamiento corrector cuando de trata de aguas con dureza muy elevada.En otros casos pueden contener exceso de sólidos disueltos (elevada mineralización), cloruros, sulfatos, etc, o bien algunos elementos tóxicos como el arsénico, el vanadio o el fluor en alta concentración resultando por esta causa inadecuada su utilización como fuente de provisión.Aguas freáticas o de primera napaPueden utilizarse cuando constituyen la única fuente económicamente utilizable. Su nivel oscila bastante y está directamente influenciado por el régimen de lluvias. Su calidad es variable y aunque física y químicamente sea aceptable existe siempre el peligro de contaminación microbiológica. Por ello de resolverse su utilización habrás que hacerlo mediante pozos excavados o perforados a los que se deberá protegerlos adecuadamente contra la contaminación superficial, manteniendo estricto control bacteriológico del agua de consumo.ManantialesPueden constituir una solución para el caso de pequeñas localidades rurales, siempre que tengan caudal suficiente y calidad adecuada. La captación debe estar adecuadamente protegida.El manantial será tanto más seguro como cuanto menos variable sea su caudal, influenciado este por el régimen de lluvias y menos alterable sea la calidad del agua.

ALMACENAMIENTO DE AGUA BRUTA.-

El almacenamiento de agua bruta se hace necesario cuando la fuente de agua no tiene un caudal suficiente durante todo el año para suplir la cantidad de agua necesaria. Para almacenar el agua de los ríos o arroyos que no garantizan en todo momento el caudal necesario se construyen embalses.

En los sistemas que utilizan agua subterránea, el acuífero funciona como un verdadero tanque de almacenamiento, la mayoría de las veces con recarga natural, sin embargo hay casos en que la recarga de los acuíferos se hace por medio de obras hidráulicas especiales.

CAPTACIÓN.-

La captación de un manantial debe hacerse con todo cuidado, protegiendo el lugar de afloramiento de posibles contaminaciones, delimitando un área de protección cerrada.

La captación de las agua superficiales se hace a través de las bocatomas, en algunos casos se utilizan galerías filtrantes paralelas al curso de agua para captar las aguas que resultan así con un filtrado preliminar.

La captación de las aguas subterráneas se hace a través de pozos o galerías filtrantes.

TRATAMIENTO.-

El tratamiento del agua para hacerla potable es la parte más delicada del sistema. El tipo de tratamiento es muy variado en función de la calidad del agua bruta. Una planta de tratamiento de agua potable completa generalmente consta de los siguientes componentes:

Reja para la retención de material grueso, tanto flotante como de arrastre de fondo.Desarenador, para retener el material en suspensión de tamaño fino.

Floculadores, donde se adicionan químicos que facilitan la decantación de sustancias en suspensión coloidal y materiales muy finos en general.Decantadores, o sedimentadores que separan una parte importante del material fino.Filtros, que terminan de retirar el material en suspensión.Dispositivo de desinfección.

ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA (TANQUE).-

El almacenamiento del agua tratada tiene la función de compensar las variaciones horarias del consumo, y almacenar un volumen estratégico para situaciones de emergencia, como por ejemplo incendios. Existen dos tipos de tanques para agua tratada, tanques apoyados en el suelo y tanques elevados, cada uno dotado de dosificador o hipoclorador para darle el tratamiento y volverla apta para el consumo humano.

RED DE DISTRIBUCIÓN.-

La red de distribución se inicia en la primera casa de la comunidad; la línea de distribución se inicia en el tanque de agua tratada y termina en la primera vivienda del usuario del sistema. ´

Consta de:

Estaciones de bombeo.Tuberías principales, secundarias y terciarias.

5. DISEÑO DE COMPONENTES DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE.-

5.1 DEMANDA.-

UNIDADES POBLACIÓN [Habitantes]Hasta 5000

5000 a 20000

20000 a 100000

> a 100000

Captación 20 20 30 30 Galería de

Infiltración Superficiales 15 20 30 30 Pozos 10 10 10 10

Líneas de Aducción 20 20 30 30Plantas de Tratamiento 15 20 20 – 30 30   Estación de Bombeo         Estructuras 15 20 30 30 Equipos Eléctricos 10 10 10 – 15 10 – 15 Equipos de

Combustión5 5 10 10

Redes de Distribución 20 20 20 – 30 30PERIODO DE DISEÑO.-

POBLACION ACTUAL Y FUTURA.-

La población actual la encontramos con la siguiente relación matemática:

Numero de lista: 52

POBLACION ACTUAL.-

Pa=[ N 23∗ln (N+1000 )+N

12

ln (N+1) ]113

Pa=159389hab

Población futura: La predicción de la población debe estar fundamentada por

métodos que deben guardar relación con la importancia de la relación en general

todos los métodos utilizan datos estadísticos generados en el caso de Bolivia por el

Instituto Nacional de Estadística (INE) a través de longitudes llamamos los índices de

crecimiento demográfico población a través de longitudes llamamos los índices de

crecimiento poblacional los métodos mas utilizados para la estimación de la población

futura son:

METODO ARITMÉTICO Pf=Pa∗(1+ i∗t100 )

t

METODO GEOMETRICO Pf=Pa∗(1+ i100 )

t

METODO WAPPAUS Pf=Pa∗( 200+i∗t200−i∗t )

t

METODO EXPONENCIAL Pf=Pa∗ei∗t100

METODO GRÁFICO Este es usado para comparación se define como Población vs.

Años.

METODO Hasta 500050000 – 20000 20000 – 100000 > a 100000

Habit. Habit. Habit. Habit.ARITMÉTICO X X --- ---

GEOMÉTRICO X X X XWAPPAUS X X X X

EXPONENCIAL X X X XGRAFICO X X X ---

Donde:

i = 1.360% esta es la tasa de crecimiento poblacional para Tupiza obtenido del

INE según el último censo realizado.

t = 23 años es el periodo de retorno que utilizaremos para el proyecto.

El método más común es el método geométrico:

Pf=159389∗(1+ 1.360100 )23

Pf=217466hab .

DOTACION FUTURA

Consumo anual total previsto de una ciudad por centro poblado dividido entre la

población abastecida y el número de días del año es decir es una cantidad de agua

expresada en litros por habitantes por día [lit./hab/día] la dotación mínima a adoptarse

será la suficiente para abastecer los requerimientos domésticos públicos y aquellas

necesidades propias del tipo de población ya sean consumos comerciales,

institucionales, industriales, riego de parques y jardines públicos la dotación dependerá

también de factores tales como los aspectos socio económicos y culturales de la

población además de tener en cuenta el tipo de consumo es decir su consumo es

medido o irrestricto

DOTACIÓN MEDIA [ lit/hab/día ]

ZONA Hasta 5000 500 – 2000 2000 – 5000 5000 – 20000 20000 – 100000 > a 100000Hab. Hab. Hab. Hab. Hab. Hab.

ALTIPLANO 30 – 50 30 – 70 50 – 80 80 – 100 100 – 150 150 – 250

VALLES 50 – 70 50 – 90 70 – 100 100 – 140 150 – 200 200 - 300LLANOS 70 – 90 70 – 110 90 – 120 120 – 180 200 – 250 250 – 350

Df=Di∗(1+ d100 )

n

Di = La dotación media inicial para esta zona de los VALLES es de 180 lit/hab/día. Este valor tomamos de tablas según normas Bolivianas indicas en la parte superior

para el agua potable con este valor aseguraremos la dotación por habitante.

d = 2% Damos este valor porque supondremos que la red es nueva.

n = 23 años que es el periodo de retorno.

Dotación futura

Df=200∗(1+ 2100 )

23

Df=315.379 lit /hab /d í a

CAUDAL

CAUDAL MEDIO DIARIO

Diario en el consumo durante 24 hrs. obtenido como promedio de los consumos

diarios observados en un periodo de un año.

Qm=Pf∗Df86400

Qm=217466∗315.37986400

Qm=793.798lit . /seg

CAUDAL MAXIMO DIARIO

K1= Coeficiente de variación diaria y este valor oscila entre 1.2 y 1.5 nosotros

daremos un valor de 1.5 para darle seguridad a nuestra captación.

1 .2<K 1<1 .5

Qmaxd=Qm∗K1

Qmaxd=793.798∗1 .5

Qmaxd=11190.69

Qmaxd=1191 lit . /seg

CAUDAL MAXIMO HORARIO

La NORMA BOLIVIANA nos relaciona el tamaño de la población y los valores de K2.

TAMAÑO DEK2

LA POBLACION

Hasta 2000 habit. 2.20 – 2.00

2000 – 10000 2.00 – 1.8010000 – 100000 1.80 – 1.50

> 100000 1.50Qmaxh=Qmd∗K 2

Se adopto según la norma boliviana K2=1,5 debido al rango que se encuentra.

Qmaxh=1191∗1.5

Qmaxh=1786.04

Qmaxh=1787lit ./seg

5.2 DISEÑO DE LA OBRA DE TOMA CONVENCIONAL

Para ello diseño de la obra de toma trabajaremos con el caudal máximo diario que

será el caudal de diseño.

Qmaxd=1.191m3

s

Asumimos un Azud de 1 m.

Una altura sobre el nivel del mar de COTAA = 425.5 m. s .n. m

REJA DE ENTRADA.

Calculamos la reja de entrada como un vertedero rectangular con la formula:

es= 0.025 m.

b = 1.55 m.

H = 0.6

m.

e = 0.15 m.

426 m.s.n.m

425.5m. s. n. m.

Asumimos:

M = 1.67 h= 0.6 m e=0.15 eb=0.025 Q=1.072 m3/s

Q=1.67∗b∗h32

De la ecuación mostrada despejamos b:

b= Q

1.67∗h32

b=1.3m.

Nº de espacios = b/e donde tenemos:

1.30.15

=8.47a lo cual asumimos9

Nº de barras = Nº de espacios -1

9−1=8barrotes

Debemos adoptar una nueva base:

b1=N º de espacios∗e+N º debarrotes∗es

b1=9∗0.15+8∗0.025

b1=1.55m.

Perdida de carga al pasar por la reja:

b = 1.36 m.

H = 0.68 m

.

425.94 m. s. n. m.

425.44 m. s n. m.

Q=V∗A V= 1.0730.5∗12∗0.15 V=1.252 m

s

hf =0.7∗V 2

2∗g

hf =0.06m.

Cota del pelo de agua luego de pasar por la reja:

426 - 0.06 = 425.94

Cota2 = 425.94 m. s.n. m.

VERETEDERO SUMERGIDO:

Asumimos h= 0.68

Q=1.67∗b∗h32∗0.85

De la ecuación mostrada despejamos b:

b= Q

1.67∗h32∗0.85

b2=1.36m.

Perdida de carga al pasar por el vertedero sumergido:

b = 1.817 m.

H = 0.60 m

.

425.891 m. s. n. m.

425.291 m. n. m.

Q=V∗A V= 1.0731.36∗0.5 V=1.169 m

s

hf =0.7∗V 2

2∗g

hf =0.049m.

Cota del pelo de agua luego de pasar por el vertedero sumergido:

425.949 - 0.049 = 425.891

Cota3 = 425.891 m. s.n. m.

COMPUERTA DE ADMISIÓN:

Asumimos h= 0.6 m.

Q=1.67∗b∗h32

De la ecuación mostrada despejamos b:

b= Q

1.67∗h32

b3=1.3m.

b = 0.7 m.

H = 0.50 m

.

425.828 m. s. n. m.

425.328 m. n. m.

Perdida de carga al pasar por la compuerta de admisión:

Q=V∗A V= 1.0731.817∗0.5 V=1.331 m

s

hf =0.7∗V 2

2∗g

hf =0.063m.

Cota del pelo de agua luego de pasar por el vertedero sumergido:

Cota4 =425.828 m s.n. m.

CANAL ADUCTOR:

Asumimos n= 0.013, S= 0.005, b=2h

Q=1n∗(12∗h)

2/3

∗S1 /2∗(2∗h2)

De la ecuación se despeja h obteniendo así:

h=0.5m.

b=2∗h

b 4=1m

b

Lt

B

(B-b)/2

12.5°

TRANSICIÓN:

¿= b4−b32∗tan 12.5 °

¿=0.68m.

VERTEDERO DE EXECEDENCIAS:

Asumimos que durante la crecida se tiene que el agua llega a una velocidad de 0.8

m/s, y tenemos una sección de 6.75 m2.

Q=V∗A

Q=4.05m3

s

Una vez construido el azud se tendrá un nuevo nivel del agua para el caudal de 4.05

m3/s

Q=V∗A

4.05=0.6∗(7∗y+1∗y2 )

y=0.86m.

El nivel de la agua en crecida será entonces 426+0.86 = 426.86 m.s.n.m.

Altura sobre la reja de entrada

b = 1.118 m.

H = 0.5 m

.

426.43 m. s. n. m.

425,93 m.s n. m.

h=0.86+ 12∗0.5

h=1.11m.

Q=0.65∗A∗√2∗g∗h

Q=1.137 m3

s

∆Q=Qmax−Qd

∆Q=1.137−0.386

∆Q=0.751m3

s

Por construcción:

Se debe evacuar el volumen almacenado en la reja de entrada:

∆Qi=V∗∆área

∆Qi=1.15∗(0.15∗0.5∗5−2.037∗0.5 )

∆Qi=0.05145 m3

s

Qexcedencias=∆Q+∆Qi=0.6995m3

s

Por conveniencia se asume una altura del vertedero de excedencias de 0.50 m.

Q=1.67∗b∗h32

De la ecuación mostrada despejamos b:

b=1.8230 .386

1.67∗0.532

b=1.118m .

b = 0.4 m.

H = 0.4 m

.

425.4 m. s. n. m.

425 m.s n. m.

COMPUERTA DE PURGA:

Altura del azud=2 m.

h=1.75 m.

Q=C∗A∗√2∗g∗h

b=0.399≅ 0.4m.