Determinación de Caudales:

Normalmente se trabaja con tres tipos de caudales:

Caudal Medio: es el caudal promedio obtenido de un año de registros y es la base para la estimación del caudal máximo diario y máximo horario. Q=Dotación ( l /hab . d )×Población (hab )

Caudal máximo diario: es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras

palabras, representa el día de mayor consumo en el año. (en nuestro caso K1

= 1.3)

Caudal máximo horario: corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora

durante un año completo. (en nuestro caso K2 = 1.5)

1 - INTRODUCCION AL ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

CONDICIONES A CUMPLIR POR UNA FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Lo primero que se debe evaluar a la hora de diseñar un sistema de abastecimiento de agua potable es la fuente del recurso agua. Dicha fuente puede ser de diferentes orígenes: • Aguas meteóricas (localidades pequeñas o viviendas dispersas)• Aguas superficiales (quebradas, ríos, lagos, etc.)• Aguas subterráneas (libres, semiconfinadas o confinadas)En el caso de que existan, fuentes alternativas, será necesario decidir cual de ellas deberá utilizarse en el problema concreto de que se trate y los criterios fundamentales que deben seguirse, están todos ellos relacionados con la economía y la sustentabilidad ambiental del aprovechamiento. El proceso de evaluación de una fuente para el abastecimiento de agua potable a una comunidad, está influenciado por dos factores básicos principales y otros dos secundarios, en función de los cuales se definen las respectivas soluciones para los distintos componentes del abastecimiento.

Factores Principales

Cantidad: debe ser la mínima que necesitará esta comunidad para satisfacer sus necesidades. Si el suministro es inferior a esta cantidad mínima se producirán restricciones que afectarán de forma negativa a su actividad, higiene, comodidad, calidad de vida, etc.Los problemas relacionados con la cantidad de agua necesaria, son fundamentalmente dos:• Su evaluación es decir, determinar en un momento dado, las necesidades de agua de una cierta comunidad, así como de su variación con el tiempo.• Su localización natural es decir, el lugar o lugares de la naturaleza donde se encuentra esta cantidad de agua, disponible para su uso en abastecimiento.La evaluación de las necesidades de agua a una cierta población es, en general, un problema muy complejo, ya que depende de muchos factores entre los que se destacan:

• El número de “consumidores”, clasificados según su tipo: doméstico, comercial, industrial, agrícola, pecuario, público, etc.• Las necesidades de cada “consumidor”, que dependerán, en general, de su actividad, en relación con la clasificación.Calidad: aquella necesaria para servir a los usos para los que ha sido previsto, con plenas garantías de eficacia. Esta calidad se basa en los contenidos físicos, químicos y microbiológicos que debe contener el agua suministrada.Una vez elegido el recurso que habrá de utilizarse para el suministro, ocurrirá que, en general, no cumplirá las normas mínimas de calidad exigidas, será entonces necesario recurrir a una serie de tratamientos que transformen estas aguas hasta alcanzar la calidad exigida. Los principales problemas relacionados con la calidad son los siguientes:• La variabilidad de la calidad del agua en origen que puede estar producida por variaciones climatológicas (estacionales o nó) y por circunstancias externas (contaminaciones permanentes o temporales).• La elección de los tratamientos necesarios para la modificación del agua hasta alcanzar la calidad necesaria. Estos tratamientos deben ser lo suficientemente flexibles como para adaptarse a las variaciones de calidad previsibles del agua en origen.• El control de la calidad tanto en la recepción, como en la salida de la planta de tratamiento.• El tratamiento de fangos, subproducto indeseable de una planta de tratamiento, ya que los mismos deben ser tratados y evacuado adecuadamente .

PARTES DE UN ABASTECIMIENTO DE AGUA

Resumiendo, un abastecimiento de agua puede subdividirse en las siguientes partes:1. Captación: u obras de toma que pueden ser superficiales y subterráneas. Su principal problemática puede resumirse en los siguientes puntos:• Garantía de la cantidad necesaria a lo largo del tiempo.• Selección del agua de mejor calidad, p.e. en caso de sobreabundancia puede ser el caso de un embalse y su cota de toma.• Protección contra las crecidas e inundaciones cuando proceda.• Estudio de los niveles extremos (máximos y mínimos) del agua en origen.2. Conducciones: que comprenden los elementos de transporte desde la captación hasta la cámara de carga de la planta de tratamiento, de esta a la planta de tratamiento, de la cisterna al tanque elevado para la distribución y la propia red de distribución. Pueden ser:• Conducciones por gravedad donde la propia energía potencial del agua se encarga del transporte, se subdividen en conducciones a superficie libre (a presión atmosférica) o conducciones forzadas (a presión mayor de la atmosférica).• Conducciones por impulsión (en las cuales se aplica energía externa al proceso de transporte).Su principal problemática puede resumirse en las siguientes obras especiales:• Cruces con corrientes de agua, vaguadas profundas, etc. (acueductos, sifones, obras de protección).• Cruces de contrafuertes (túneles)• Cruces con las vías de comunicación.• Su trazado con respecto a la línea piezométrica con sus consecuencias de:acumulación de gases por desolubilización de los mismos, circulación distinta a la provista por condicionantes de pérdida de carga, velocidades máxima obligada por la erosión y/o las vibraciones de las tuberías y mínima obligada por la sección, impermeabilidad y funcionamiento mecánico.

3. Cámara de carga: es el elemento de regulación y presurización del sistema de tratamiento, Si hay un problema de la captación tiene un volumen residual que permite no interrumpir el funcionamiento de la planta de tratamiento y tiene una cota superior a todos los componentes de la planta.4. Planta de tratamiento: posibles de dividirse según el tipo de tratamiento en:• Tratamiento convencional aplicables a aguas crudas de calidad normal (tratamiento físico – coagulación – floculación – decantación – filtración – cloración)• Tratamientos especiales aplicables a aguas crudas de calidad mala (filtración sobre carbón activo, ósmosis inversa, intercambio iónico, destilación, etc.)5. Cisterna: de la planta de tratamiento que permite realizar reparaciones breves en la estación de tratamiento, sin interrumpir el abastecimiento de agua tratada. Un problema importante de este tipo de depósitos como de los de distribución es el preservar la calidad del agua durante el tiempo en que esta permanece en ellos. Por esta razón los depósitos de almacenamiento suelen proyectarse cubiertos, otros condicionantes que impone la calidad del agua son:• Diseñar el depósito de forma que tenga una circulación adecuada y no queden masas de agua retenidas en él durante un tiempo excesivo.• Cuidar de que los revestimientos e impermeabilizaciones del depósito no sean contaminantes hacia el agua.• Deben ser fáciles de reparar y de limpiar, para lo que suele recurrirse a subdividirla en varias cámaras.6. Tanque Elevado: ubicados estratégicamente en la ciudad procuran resolver el problema de los consumos punta. Si estos no existieran todas las instalaciones del abastecimiento deben estar dimensionadas para el consumo máximo instantáneo (momento punta del día máximo), así la capacidad total de almacenamiento de un abastecimiento viene condicionada por el periodo a regular (normalmente se plantea laminar el día máximo) y por la reserva de incendios. La existencia de estos depósitos tiene las siguientes ventajas:• Permite dimensionar las partes ya mencionadas para caudales inferiores al consumo punta (tanto menores cuanto mayor sea la capacidad de almacenamiento).• Permite almacenar una cantidad de agua que puede ser muy necesaria en casos por ejemplo de incendio.• Permite realizar reparaciones breves sin interrumpir el abastecimiento.7. Red de Distribución: la red de distribución tiene por objeto el conducir y repartir el agua entre los usuarios de una cierta comunidad, el problema básico de una red de distribución es conseguir que cada usuario disponga de la cantidad de agua que precisa en el lugar y en el momento que la necesita.Una red de distribución es por tanto un esquema complejo de conducciones en el que debe de tenerse en cuenta:• Que debe de facilitarse la explotación, estableciendo los correspondientes registros, válvulas, etc.• Que debe facilitarse su reparación permitiendo aislar zonas y por tanto permitiendo al agua llegar a los diversos puntos por más de un camino.• Que debe facilitarse su ampliación mediante una previsión adecuada de diámetros en las líneas en las que se prevea un incremento futuro del consumo.• Que debe facilitarse su colocación evitando el cruce de calles y carreteras.• Que cada usuario debe disponer en sus aparatos sanitarios del agua a la presión adecuada, si bien sobre este particular y en ocasiones, resulta imprescindible que el usuario resuelva el problema de su insuficiente o excesiva presión (grupos de presión, válvulas reductoras, etc.)

2 – ANÁLISIS DE CAUDALES DEMANDADOS

Antes de comenzar un proyecto de suministro de agua potable a una comunidad, es necesario conocer cuales van a ser las necesidades de esta, las necesidades de cada usuario y los instantes en los que demandará el agua, para conocer la coincidencia en la demanda de agua entre ellos. No obstante como se comprenderá no es posible conocer con facilidad, consumidor a consumidor cuales son sus necesidades reales, ya que, en general, ni ellos mismos podrán precisarlas con exactitud, pues a su vez son función de otro gran número de variables (día, hora, condiciones climatológicas, etc.).El problema se complica si se tiene en cuenta que en todo acueducto se producen unas pérdidas, es decir que unas ciertas cantidades de agua han de ser suministradas pero no serán jamás utilizadas (evaporación, fugas, filtraciones, etc.) y que estas pérdidas dependen a su vez de otros nuevos factores (estado de la red de distribución, recorrido al aire libre, temperatura ambiente, etc.). Más aún, habría que contar con los derroches que por diversas causas van a producirse.La cuestión es más compleja aún si se considera que una obra de abastecimiento no debe diseñarse para resolver las necesidades actuales, (ya que, entre otras cosas, en el tiempo en que se realice el estudio, proyecto, contratación y ejecución, estas habrán cambiado), sino que debe ser una obra que debe tener un cierto periodo de validez, es decir, debe resolver el problema durante un cierto periodo de tiempo. Por tanto esta evaluación de necesidades debe hacerse no en el momento actual, sino en un momento futuro, cuya diferencia en tiempo con el día de hoy, será de nuevo función de otra nueva serie de variables (selección de inversiones, capitalización, inversiones alternativas, etc.). Otra nueva dificultad se añade si se considera que en dicho momento futuro no se conocen ni el número de consumidores que habrá, ni sus necesidades.Afortunadamente, el proyecto de un abastecimiento de agua potable es, en general, poco sensible a pequeños errores de evaluación. Lo que permite (salvo casos particulares y concretos especialmente delicados) recurrir a hipótesis simplificadoras, que conducen a modelos sencillos como el siguiente: la cantidad de agua a consumir por la comunidad es igual a la población (neta de habitantes) por un cierto consumo unitario denominado “dotación” que habitualmente se expresa en l/hab/día.

PERÍODO DEL PROYECTO

La primera cuestión que surge al redactar un proyecto de abastecimientos de potable es la definición del periodo de tiempo durante el cual las necesidades de la comunidad van a quedar satisfechas con las obras a proyectar. La fijación de este periodo es un problema en general complejo ya que depende tanto de factores políticos como técnicos, entre los factores políticos destaca la planificación de las inversiones, ya que no pudiéndose resolver todos los problemas de una comunidad es necesario decidir cuales se han de resolver primero. Un retraso en las inversiones de abastecimiento, resolviendo el problema para un periodo más corto, puede permitir resolver inmediatamente otras necesidades que en caso contrario quedarían pendientes para más adelante.Entre los factores técnicos, no debe olvidarse la economía de escala que se obtiene resolviendo el problema “de una vez’. Así, en algunos casos, las economía obtenida por resolver el problema en una sola fase (en lugar de dos o tres) puede justificar la adopción de un periodo de proyecto más prolongado, si bien esta circunstancia rara vez alcanza la totalidad del proyecto sino tan sólo a algunos de sus elementos (embalse, captación, tratamiento,…).La traducción de todas estas consideraciones a unas variables económicas suele ser frecuentemente inviable, ya que difícilmente pueden tenerse en cuenta todas las variables

que intervienen en la decisión; por ello suelen fijarse atendiendo a razonamientos subjetivos. Por otra parte, no todas las instalaciones del proyecto deben estar diseñadas para el mismo periodo y debe tenerse en cuenta la facilidad de ampliación. Así, por ejemplo, en un embalse puede estar justificado el adoptar periodos de proyecto más prolongados, sin embargo, esta circunstancia no se conocerá hasta haber quedado definida la solución del abastecimiento. Por tanto, inicialmente deberá fijarse un periodo general del proyecto, independientemente del que posteriormente se fije para cada una de sus partes, en definitiva, los periodos de proyecto más frecuentemente usados oscilan entre los 10 y los 30 años.

ESTIMACIONES DE LA POBLACIÓN FUTURA

Los modelos matemáticos existentes en relación con la estimación de la población futura de una comunidad son muy numerosos y de complejidad muy variada. En ellos se cuentan como datos las poblaciones actuales y pasadas y en ocasiones otras variables tales como disponibilidad de suelo, posibilidades industriales, situación con respecto a las líneas de transporte, etc. En este apartado se expondrán, tan sólo, algunos de los más simples y de más frecuente aplicación.Para decidir cual de todos resulta más adecuado al caso concreto que se está estudiando es básico el conocimiento de la ciudad y de sus “afueras”, su área comercial, el crecimiento de sus industrias y el estado de desarrollo de la comarca circundante, por supuesto que los sucesos extraordinarios, como el imprevisto desarrollo de una gran industria, trastornan todos los cálculos sobre el futuro crecimiento.En otros casos resulta conveniente realizar un tanteo sobre el área urbanizable disponible o sobre la previsiblemente urbanizada, a este respecto se puede estimar una densidad conociendo densidad actual, la dinámica de la zona aledaña y considerando usos comerciales e industriales, según la tipología de la ciudad; eso si, acordes con las normas urbanísticas, planes de desarrollo, planes de ordenamiento territorial, etc. Sin embargo, resulta más difícil prever la tendencia al incremento o a la disminución de la densidad actual y así una zona residencial actual puede transformarse en un futuro relativamente próximo en una zona comercial o fabril.Así mismo deben considerarse las posibilidades de migración hacia el lugar, las actividades que representen la población flotante y si existen etnias minoritarias, se requiere de un estudio individual.Los datos sobre la población presente y pasada pueden obtenerse de diversas fuentes la más importante es sin duda el censo que se realiza cada cierto tiempo, en años intermedios el censo suele actualizarse simplemente atendiendo al movimiento demográfico y de defunciones, aunque esto depende de cada municipio, por lo que en municipios de apreciable dinámica migratoria son poco fiables. En estos años intermedios puede obtenerse información por varios métodos, tales como cámaras de comercio, listas de votantes, servicios públicos y sucursales bancarias. Así mismo pueden establecerse correlaciones con otros parámetros, tales como la población infantil escolarizada o el número de abonados telefónicos.En general de los métodos de estimación de la población futura que van a describirse, no puede esperarse gran exactitud y debe tenerse en cuenta que dicha exactitud, disminuye cuando: El periodo de tiempo de la previsión aumenta. La población de la zona disminuye Aumenta la velocidad de variación de la población.

Método Aritmético: consiste en considerar que el crecimiento de una población es constante, es decir asimilable a una línea recta, es decir que responde a la ecuación:

donde Pi = población en el tiempo ti

P1 = población inicial del periodo censadaP2 = población final del periodo censada

Puede fijarse considerando un periodo representativo (la última década, el último cuarto de siglo) o ajustando por mínimos cuadrados una recta a los últimos datos representativos de población. Es un método indicado para ciudades jóvenes de un cierto desarrollo, en plena dinámica de crecimiento y con horizontes libres (terreno de expansión sin limitaciones a corto o mediano plazo).

Método del Interés Compuesto o Porcentaje Uniforme de Crecimiento: consiste en suponer que la proporción de crecimiento sigue una ley de interés compuesto es decir que responde a la expresión:

i = tasa de crecimienton = período de diseño

i = (Pi+1 / Pi)1/n – 1 P0 = población inicialPf = población futura

La tasa de crecimiento constante i puede determinarse análogamente al caso anterior considerando un periodo representativo o por mínimos cuadrados, entre otros. Este método debe emplearse con precaución pues puede dar resultados demasiado elevados, sobretodo si el periodo usado como referencia ha sido de gran pujanza para la comunidad. Esta indicado para comunidades jóvenes con buenas perspectivas de futuro, horizontes libres y porvenir económico despejado.

Método geométrico: El método geométrico consiste en suponer que el crecimiento de la comunidad es en todo instante proporcional a su población, es decir que responde a la ecuación:

donde k GM=

∑ kgi

n con

Pf =e

Este método da resultados superiores, similares a los del método anterior, por lo que se califica de “optimista” y debe emplearse con mucha precaución. Tan sólo debe aplicarse a comunidades en plena dinámica de crecimiento, con grandes posibilidades de desarrollo y horizontes libres.

CÁLCULO DE LA DOTACIÓN FUTURA

El problema de la estimación de la dotación es en fin de cuentas, el de la revisión del consumo futuro, para mejor comprensión de las estimaciones se expondrán previamente los tipos de consumo existentes en una comunidad urbana y los principales factores que lo afectan.En una comunidad el consumo de agua de urbana puede clasificarse en los siguientes conceptos:• Residencial o doméstico: Dependiendo de la ciudad, puede ser el consumo mayoritario, contiendo el suministro para usos higiénicos, culinarios, limpieza, el riego de jardines y prados (que en algunos lugares puede tener una singular importancia), etc., en casas particulares,. Para este uso deben tenerse en cuenta: el tamaño de la población, las condiciones socioeconómicas, el clima, la cobertura de medidores y las características del alcantarillado existente.• Comercial e industrial: Incluye el suministro a instalaciones comerciales, industriales y de oficinas, y en él deberán estudiarse los consumos puntuales o concentrados de demandas, así como realizar un estimativo de los consumos futuros. Su importancia dependerá de las condiciones locales, tales como la existencia de grandes industrias o el porcentaje de industriales que se abastecen autónomamente por conducciones y recursos propios.• Usos institucionales: Que incluyen los consumos de las instalaciones como hoteles y edificios públicos como: hospitales, cárceles, etc. así como para las escuelas que deberán analizarse según las características de concentración de población estudiantil durante el día.• Usos públicos: Es el empleado por los servicios de aseo y limpieza de las calles, en el riego de jardines y parques públicos, fuentes, etc. Se considerará entre el 0 y el 3 % del consumo medio diario doméstico.• Uso rural: En caso de que tenga que abastecerse a la población rural, mediante una ampliación del acueducto o directamente con un acueducto veredal, deberán considerarse el censo rural y su futuro y de acuerdo a las características de dicha población estimar el consumo.• Pérdidas y derroches: Es el agua que se pierde en la aducción, en usos subsidiarios en el tratamiento, evaporación, debido al mal conteo en contadores y bombas, conexiones no autorizadas, fugas en depósitos y conducciones debido al estado de la red de distribución., etc. Por estos conceptos se puede llegar a "mal utilizar" de un 20 a un 40 % de la dotación bruta.Los factores que afectan al consumo “per capita” de una ciudad tienen un gran interés, ya que su evaluación aproximada permitirá prever, hasta cierto punto, los valores de este. Los más importantes son los siguientes:• Nivel de vida que incidirá en el uso de aparatos electrodomésticos y en una higiene y limpieza más refinadas; el consumo será mayor a mayor nivel de vida.• Tamaño de la población que probablemente este relacionado con el anterior añadiendo una mejor calidad en el servicio tanto de abastecimiento como de saneamiento; el consumo será mayor a mayor tamaño de población.• La calidad del sistema de saneamiento que al aumentar, aumentará el consumo.• La importancia de las zonas industriales y comerciales de la ciudad.• La urbanización de la ciudad en cuanto a existencia de parques mayores o menores, si la urbanización es predominantemente horizontal con jardines particulares o vertical con grandes bloques de apartamentos.• Condiciones climáticas puesto que el consumo será tanto mayor cuanto más cálido sea el clima, debido a los “aires acondicionados”, mayor necesidad de riegos, etc.

• El precio del agua ya que el consumo será menor cuanto mayor sea el precio del agua.• La calidad del agua del abastecimiento que a mejor, hará aumentar el consumo.• El estado de la red de distribución que afectará a las pérdidas y derroches.• El control en los edificios públicos.• Las características turísticas de la ciudad.Una buena práctica en la estimación de la dotación futura consiste en adoptar la producida recientemente en una ciudad que se encuentre, en ese momento, en una situación similar a la que se preve tendrá, en el futuro, la comunidad de estudio. Otro sistema aceptable consiste en determinar la dotación actual (consumo) y prever un aumento anual, más o menos elevado según como se prevea se van a mover las variables enumeradas anteriormente; es frecuente el uso de valores entre el 0,5 y el 2,5% de incremento anual del consumo “per capita”.Más raramente se recurre a realizar una estimación directa considerando los consumidores distribuidos en clases. Sin embargo se realiza en ocasiones para el cálculodel consumo en ciertas zonas particulares de la ciudad, cuya dotación por habitante puede diferir considerablemente de la media, por ejemplo: zonas comerciales o industriales, zonas recreativas, etc.El uso industrial del agua varía mucho según el proceso de fabricación, incluso algunas industrias están dotadas de sistemas de recirculación que reducen notablemente el consumo. Un valor de uso, puede ser el de 2 l/seg/Ha., pero, en cualquier caso, resulta muy interesante una inspección de las industrias y de sus consumos así como de los residuos que originen y sus posibilidades de reciclado. De forma similar, es decir caudal por unidad de área o de longitud, deberá considerarse una demanda mínima contra incendios, esta dependerá del tamaño y densidad de la población, así como de la ubicación de complejos multifamiliares, comerciales o industriales.En consecuencia, es importante diferenciar en una localidad los consumos de agua potable. Una identificación básica que es necesario realizar es la correspondiente a las características del consumidor. Desde este punto de vista, los consumos pueden ser identificados como:• Consumos Residenciales.• Consumos No Residenciales (Comprende los usos públicos, usos industriales y comerciales, etc.).

Dotación Efectiva o NetaPara agua potable, el concepto de consumo medio de agua potable o dotación efectiva, expresado constituye la cantidad de agua promedio consumida en el año n por cada habitante servido (es decir residencial) y se expresa como:

dot. efectiva futura en el año n y con una tasa de crecimiento c

Dotación AparenteEl cociente entre el consumo medio total de agua potable, por cualquier concepto, y la población servida exclusivamente, se denomina Dotación Aparente (no residencial), y queda expresada por.

La Dotación Aparente expresa un consumo teórico asignado a cada habitante, en base a todos los tipos de consumos de agua esperados en la localidad, sin distinguir si los mismos son de carácter residencial o no residencial (comerciales, industriales, municipales, etc.). Esta metodología tiene como consecuencia una gran simplicidad de cálculos, pero no permite la desagregación de consumos y el estudio separado de su variabilidad en el tiempo y en el espacio. Es habitualmente utilizada para realizar cálculos estimativos y comparativos.

CAUDALES DEMANDADOS

El modelo utilizado (CONSUMO CAUDAL DEMANDADO = POBLACIÓN * DOTACIÓN) da un valor que debe considerarse como un consumo medio a lo largo del año. Sin embargo, en la práctica este consumo no se produce de forma regular, sino que en determinados momentos conocidos como puntas, el consumo de la población será mayor y en otros, notablemente inferior al medio, puesto que las condiciones climáticas, los días y horarios de trabajo etc., tienden a causar amplias variaciones en el consumo de agua.Durante la semana, puede ser que el domingo se produzca el más bajo consumo y el lunes el mayor, así mismo en los meses de verano se generará un consumo medio superior al promedio anual. La semana de máximo consumo se producirá, con frecuencia, en tiempo caluroso y ciertos días superarán a otros en cuanto a demanda de agua. A través del día también se producen puntas de demanda, dependiendo de las horas en las que se da la actividad de la ciudad, habrá una punta por la mañana al comenzar las actividades y otro por la tarde cuando éstas finalicen, habrá, generalmente un mínimo sobre las 4 de la madrugada correspondiente a las mínimas actividades de la noche.

Variación de Consumo Diario

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

E F M A M J J A S O N DTiempo (meses)

Co

efic

ien

te d

e V

aria

ció

n D

iari

a

Caudal Medio AnualCoeficiente Diario

Variación del Consumo Horario

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Tiempo (hs)

Co

efi

cie

nte

de

Va

ria

ció

n H

ora

ria

Caudal Maximo DiarioCoeficiente Horario

La dotación bruta se establece con la dotación neta mínima afectada por las variaciones climáticas en el período de proyecto (no esta medido los coeficientes de consumo) y las perdidas así:

% pérdidas (ver tabla adjunta)

El caudal medio diario Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada con sus ajustes y la dotación bruta, expresado en l/s:

El caudal máximo diario, QMD, se define como el consumo máximo registrado durante 24 horas en un periodo de un año y el caudal máximo horario, QMH, se define como el consumo máximo registrado durante una hora en un periodo de un año, sin tener en cuenta el caudal de incendio se calculan así:

Estos valores pueden estar referenciados de acuerdo a las siguientes consideraciones: El máximo consumo mensual sea del orden del 125 % del consumo medio anual por mes. El máximo consumo semanal sea del orden del 150 % del consumo medio anual por semana. El máximo consumo diario sea del orden del 180 % del consumo medio anual por día.

El máximo consumo horario sea del orden del 160 al 240 % del consumo medio anual por hora.

Sin embargo, la variación puede ser tal que en ciertas ciudades son frecuentes puntas horarias del 300 a 400 % y en ciertos casos hasta del 1000 % y más sobre el consumo medio anual por hora.En caso de no disponer de estas medidas debe tenerse en cuenta que los coeficientes punta de una comunidad o zona de la misma: Serán tanto mayores cuanto más pequeña sea esta, ya que hay más homogeneidad en la actividad de sus habitantes. Serán tanto mayores cuanto mas homogénea sea la comunidad o zona (exclusivamente residencial, comercial, etc.). Serán tanto mayores cuanto mejor sea el estado de la red de distribución (menores pérdidas). Serán tanto mayores cuanto más turística sea la comunidad. Quedarán influidos por los grandes consumidores (demanda media mayor a 3 l/s).

Sin embargo, la mejor manera de fijar estos factores punta es la de usar las mediciones de consumo de la propia ciudad que se estudia, que dependerán entonces de todos los factores ya expuestos o apegarse a la normatividad que para nuestro caso se fija en el reglamento de abastecimiento y saneamiento básico, RAS-98, de donde se extractó la siguiente tabla:

Tabla: Dotación Neta y sus variaciones, pérdidas y coeficientes puntas (España)

Por otro lado se presenta los valores recomendados por el ENOHSA que son los valores vigentes para la República Argentina.

Caudales de Diseño de Componentes de un Sistema de Agua Potable y Agua Residual

PeríodoMínimo horario

del día de menor consumo

Mínimo diario anual

Medio diario anual

Máximo diario anual

Máximo horario del día de mayor

consumoQA QB QC QD QE

Inicial (año 0)

VerificacionesEspecialesoptativas

Verificación estaciones de

bombeo Verificación

unidades de plantas

Verificación autolimpieza Colectoras

Costo operativo

Verificación de colectoras

-

Verificación de estaciones de bombeo

Medio (año 10)

Verificacionesespeciales optativas

Verificación de estaciones de bombeo

Costos operativos

1ª etapa Plantas con Lagunas

1ª etapa Plantas de tratamiento (salvo laguna)

Verificación h/D colectoras

Estación de bombeo (1ª etapa)

Final Verificaciones

Verificación de estaciones

de bombeo

Costos operativos

Plantas con

Plantas de tratamiento (salvo laguna)

Estación de

Capacidad colectoras

Estaciones de bombeo

(año 20) especialesoptativas

lagunas bombeo Verificación de

algunas unidades de tratamiento

Verificación de algunas unidades de tratamiento

CAUDALES DISPONIBLES

El cumplimiento de la fuente con la condición asociada a la cantidad, se verifica mediante la siguiente expresión:

(1) Los caudales disponibles de captarse resultan del análisis hidrológico llevado a cabo de la fuente a utilizar y según sea la fuente, dicho caudal disponible es obtenido de diferentes maneras:

1. Fuente Superficial: se debe realizar la curva de caudales clasificados y obtener el caudal asociado a la probabilidad del 95% de ocurrencia del tiempo analizado. Si se cumple la condición (1) la obra de captación consiste en una obra de derivación: azud de derivación, toma libre, toma flotante, etc. En el caso de que no cumpla con la condición (1), pero el volumen de escurrimiento sea mayor al volumen demandado (volumen de escurrimiento para el año seco), entonces puede solucionarse con una obra de almacenamiento y regulación del recurso: presa de embalse, lagunas, represas, etc.

2. Fuente Subterránea: en general este tipo de fuente se deben realizar los estudios de los acuíferos a fín de determinar los parámetros T, S y K, que luego permitirán inferir cual es el caudal especifico del acuífero y cual el máximo recomendable de explotación, el que será comparado con el caudal demandado. En general lo acuíferos compuestos de arenas medianas, gruesas y gravas cumplen siempre con la condición de la captación, ya que el acuífero tiene agua acumulada, que puede ser explotable de manera rentable y sustentable.

3. Fuente Meteóricas: se debe realizar un balance hídrico para la cuenca definida que captará el agua de lluvia y deducirles las pérdidas por infiltración y evapotranspiración para el año seco del período de años registrados.

FILTROS LENTOS

VENTAJAS El empleo de filtros lentos resulta en general conveniente para pequeñas instalaciones, pues tiene las siguientes ventajas con respecto a los filtros rápidos:- Requieren menor atención y su funcionamiento es más sencillo- La pérdida de carga es menor.- Los costos de operación son menores.- La remoción de bacterias es mayor que en los filtros rápidosINCONVENIENTES- Ocupan gran espacio y pueden llegar a tener los costos iniciales más elevados (es incompatible para grandes caudales)- Requieren aguas que no exceden las 20 unidades de turbiedad (valores mayores requieren de pretratamientoiedad)- La abundancia de algas exige un tratamiento previo (se usa sulfato de cobre con un pequeño alimentador de solución). Ello exige hacer un depósito de sedimentación previa. Pero no ha de excluirse la aplicación directa a la entrada del filtro. (casos temporales < del 10% del tiempo)- Necesidad de techar los depósitos en zonas frías

POTABILIZACIÓN DE AGUASEl agua para el consumo humano, para la preparación de los alimentos, en especial los que se consumen crudo, y para la higiene personal, debe ser apta de acuerdo a las siguientes características:-Características Físicas-Características Químicas-Características Microbiológicas

CARACTERÍSTICAS FÍSICASLas características físicas del agua, llamadas así porque pueden impresionar a los sentidos (vista, olfato, etcétera), tienen directa incidencia sobre las condiciones estéticas y de aceptabilidad del agua, pero son las que tienen menor importancia desde el punto de vista sanitario.Se consideran importantes las siguientes:- turbiedad;- color- olor y sabor- temperatura, y- PH.- sólidos solubles e insolublesTURBIEDADLa turbiedad es originada por las partículas en suspensión o coloides (arcillas, limo, tierra finamente dividida, etcétera), es decir, aquellas que por su tamaño, se encuentran suspendidas y reducen la transparencia del agua en menor o mayor grado.La medición de la turbiedad se realiza mediante un turbidímetro o nefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades nefelométricas de turbiedad (UNT).El diseño de los sistemas de remoción de turbiedad debe considerar no solo el tipo de partículas existentes (origen, estructura, composición y forma) sino también su tamaño y comportamiento.Se ha demostrado que en el proceso de eliminación de los organismos patógenos, por la acción de agentes químicos como el cloro, las partículas causantes de la turbiedad reducen la eficiencia del proceso y protegen físicamente a los microorganismos del contacto directo con el desinfectante. Por esta razón, si bien las normas de calidad establecen un criterio para turbiedad en la fuente de abastecimiento, esta debe mantenerse mínima para garantizar la eficacia del proceso de desinfección.COLOREsta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarse independientemente de ella.Aún no es posible establecer las estructuras químicas fundamentales de las especies responsables del color. Esta característica del agua se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidos fúlvicos, etcétera. En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH, la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible y la solubilidad de los compuestos coloreados. Se denomina color aparente a aquel que presenta el agua cruda o natural y color verdadero al que queda luego de que el agua ha sido filtrada. Existen muchos métodos de remoción del color. Los principales son la coagulación por compuestos químicos como el alumbre y el sulfato férrico a pH bajos y las unidades de contacto o filtración ascendente. Debido a que el color del agua se origina, en muchos casos, por la presencia de compuestos de naturaleza orgánica, se recomienda que la desinfección se realice luego de que este haya sido removido, para evitar que la aplicación de cloro como desinfectante pueda dar origen a la formación de trihalometanos, compuestos que tienen efecto cancerígeno en animales (Ej. Piletas alimentadas con agua freática).

OLOR Y SABOREl sabor y el olor están estrechamente relacionados; por eso es común decir que “A lo que huele, sabe el agua”. Estas características constituyen el motivo principal de rechazo por parte del consumidor.En términos prácticos, la falta de olor puede ser un indicio indirecto de la ausencia de contaminantes, tales como los compuestos fenólicos. Por otra parte, la presencia de olor a sulfuro de hidrógeno puede indicar una acción séptica de compuestos orgánicos en el agua.En el agua se pueden considerar cuatro sabores básicos: ácido, salado, dulce y amargo.

En algunos casos, la eliminación de los olores puede realizarse mediante la aereación o la adición de carbón activado. La cloración en presencia de compuestos fenólicos puede imprimir un mal sabor en el agua, por la formación de derivados clorados que producen un sabor a derivados fenólicos.TEMPERATURAEs uno de los parámetros físicos más importantes en el agua, pues por lo general influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica, la absorción de oxígeno, la precipitación de compuestos, la formación de depósitos, la desinfección y los procesos de mezcla, floculación, sedimentación y filtración.PHEl PH influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la corrosión y las incrustaciones en las redes de distribución. Aunque podría decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, sí puede influir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la desinfección. Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas) exhiben un PH en el rango de 5 a 9.Cuando se tratan aguas ácidas, es común la adición de un álcali (por lo general, cal) para optimizar los procesos de coagulación. En algunos casos, se requerirá volver a ajustar el pH del agua tratada hasta un valor que no le confiera efectos corrosivos ni incrustantes.Se considera que el PH de las aguas tanto crudas como tratadas debería estar entre 5,0 y 9,0. Por lo general, este rango permite controlar sus efectos en el comportamiento de otros constituyentes del agua.CARACTERÍSTICAS QUÍMICASEl agua, como solvente universal, puede contener cualquier elemento de la tabla periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos para el tratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos en la salud del consumidor.EUTROFIZACIÓNUn río, un lago o un embalse sufren eutrofización cuando sus aguas se enriquecen en nutrientes. Podría parecer a primera vista que es bueno que las aguas estén bien repletas de nutrientes, porque así podrían vivir más fácil los seres vivos. Pero la situación no es tan sencilla. El problema está en que si hay exceso de nutrientes crecen en abundancia las plantas y otros organismos. Más tarde, cuando mueren, se pudren y llenan el agua de malos olores y le dan un aspecto nauseabundo, disminuyendo drásticamente su calidad. 

El proceso de putrefacción consume una gran cantidad del oxígeno disuelto y las aguas dejan de ser aptas para la mayor parte de los seres vivos. El resultado final es un ecosistema casi destruido.

CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICASPara que el agua sea considerada potable debe estar exenta de todo tipo de organismos patógenos. Generalmente provienen de la materia fecal, desechos animales, etc.

La OMS reconoce que puede haber contaminación circunstancial dentro de la red, que desmejora la calidad, por lo cual recomienda:

- Ninguna muestra ha de contener Escherichia Coli en 100 ml

- Ninguna muestra ha de contener más de 10 gérmenes coliformes por 100 ml

- En ningún caso han de hallarse gérmenes coliformes en 100 ml de dos muestras consecutivas.

Acueductos

Un acueducto es toda aquella obra destinada al transporte de agua entre dos o más puntos. Esta obra incluye tanto al medio físico a través del cual el fluido será transportado (tuberías, canales, etc.) como a todas las obras adicionales necesarias para lograr un funcionamiento adecuado de la instalación (Estaciones de Bombeo, Válvulas de todo tipo, Compuertas, Reservas, Transmisión de energía, etc.). Por lo general, la idea de construir un acueducto surge ante la necesidad de proveer de agua a sitios o poblaciones que no disponen en abundancia de la misma, o en caso de disponer, que su calidad sea deficiente, con todas las consecuencias ingenieriles que esto implica. Por estar transportando un recurso de primera necesidad para el desarrollo humano y por estar involucrada en general una cantidad importante de personas, de recursos de la Ingeniería e importantes recursos económicos, es que el diseño correcto de

esta obra se hace especialmente importante, sobre todo teniendo en cuenta la trascendencia social de la obra en consideración. Los acueductos pueden funcionar “a presión” (en tuberías cerradas) o bien “a superficie libre” (a través de canales o tuberías parcialmente llenas). Si el agua es tratada en el lugar de captación, la conducción deberá ser cerrada para evitar su contaminación o pérdida de su potabilidad; mientras que si el tratamiento se realiza en el otro extremo, puede ser llevada a cielo abierto mediante un canal por gravedad. Además los primeros tienen la limitación impuesta por la tecnología actual de tuberías, por lo que se usan por lo general para caudales menores a los 4 m3/s. Cuando los caudales son muy grandes, resulta mucho más cómodo y económico el transporte a superficie libre. En el rango de caudales medios, habrá que analizar la situación de la zona, para decidir cuál sería la alternativa más conveniente. Otros condicionantes en la elección del tipo de conducción son las pérdidas de carga y la topografía del terreno. Cuando el desnivel es negativo y las perdidas importantes, será necesario mandar el conducto a presión (utilizando una bomba), caso contrario podrá utilizarse por gravedad. Siempre que se pueda, la trayectoria del acueducto deberá ser lo mas rectilíneo posible (esto se ve impedido muchas veces por las propiedades privadas, presencia de obras publicas y otro tipo de obstáculos o condicionamientos ejecutivos), de manera tal que las longitudes sean menores, las pérdidas de cargas reducidas y el costo de las cañerías mas económico. Las pendientes de la cañería, tienen que ser tales que, puedan conducir el aire hacia los puntos más altos para proceder a su purga a través de válvula que se colocarán cada 300 y 500 m. La pendiente mínima en la rama ascendente (en sentido del escurrimiento) es del 2 ‰ y en el sentido descendente del 4‰. También suelen utilizarse cámaras de desagüe, drenaje o hidrantes en los puntos bajos de la conducción (300 a 500 m). Los hidrantes amortiguan el golpe de Ariete, permiten drenar la cañería y en caso de incendio son los encargados de dar agua a la presión necesaria para las mangueras. Son dispositivos muy caros. Pueden ser a bola, de resortes o a tres bolillos. Las cañerías pueden ser:Metálicas: Hierro fundido (10 kg/cm2) - Acero (20 kg/cm2)Material cementicio: hormigón simple: (1 kg/cm2 - desagües cloacales); hormigón armado (3 kg/cm2); hormigón precomprimido (10 a 20 kg/cm2); asbesto cemento (3; 5; 7 y 10 kg/cm2)P.V.C.: Baja densidad (4; 6; 10 kg/cm2)

Las cañerías deben ser diseñadas para resistir tres tipos de solicitaciones.1) Presiones interiores.2) Presiones exteriores.3) Golpes por traslado.

La primera de las solicitaciones es verificada, mediante el planteo de la ecuación de Bernoulli en el punto inicial y final del acueducto, además de la sobrepresión generada por el golpe de Ariete, debido a la condición de funcionamiento con cierre o apertura brusca. Las presiones exteriores se tienen en cuenta durante la construcción del acueducto, ya que se deben dejar ciertas tapadas mínimas a los caños. Estas son: en el asbesto cemento de 45cm para los tramos que van por vereda y no actúa carga exterior, y de 60cm cuando actúa alguna carga exterior. Para los demás materiales existen formulas de resistencia de materiales con las cuales se determina la profundidad mínima de enterrado.

Las últimas están contempladas en la fabricación del caño, no obstante existen procedimientos de transporte y constructivos, a través de los cuales se disminuyen la posibilidad de daños o roturas. Durante la etapa constructiva deben realizarse pruebas hidráulicas para verificar la resistencia a las presiones internas y si hay pérdidas en la cañería. Se lo hace en tramos de 300 a 500m, primero en los conductos y luego en una segunda prueba, las juntas o uniones. Para ello se colocará en un extremo un tapón y en el otro un manómetro, en el cual si no hay pérdidas debe mantenerse la presión durante 24hs.

Cálculo y Diseño de una Red de Mallas Cerradas

Son aquellas redes constituidas por tuberías interconectadas formando mallas. Este tipo de red de distribución es el más conveniente y se logra mediante la interconexión de tuberías creando un circuito más eficiente y permanente. Para su dimensionamiento, que consiste en encontrar los gastos de circulación de cada tramo, nos apoyamos en hipótesis estimativas de los gastos en los nudos. La estimación de los gastos medios de consumo se hace función del crecimiento de la población para el periodo de diseño considerado, es decir, con la población futura.

Configuración de la Red de Distribución

Están constituidas por: Las tuberías principales Las tuberías secundarias Ramales abiertos

Las tuberías principales constituyen las mallas, cuyos tramos están definidos por los nodos que lo comprenden.Un nodo se define basándose en:

Intersección de dos tuberías principales Todo punto de alimentación Tramos no mayores de 500 a 600 m

Cuando por razones topográficas las presiones de servicio en el sistema de distribución sean muy altas, resulta conveniente dividir la zona en varias redes, las cuales pueden interconectarse mediante válvulas reguladoras o reductoras de presión; o mediante tanquillas rompecargas o separarlas con estanques de almacenamiento independientes.

Consideraciones para el Diseño Evitar aislar el menor número de tramos para ahorrar válvulas. Evitar en lo posible colocar accesorios; pasar un tubo encima de otro. Necesario tener la topografía del terreno. Levantamiento por el eje de la vía. Enumerar cada esquina o cruce de calle para especificar longitudes cuando se estén

sacando cantidades de obra. Recomendable no tomar mallas mayores de 4 manzanas (400 m) porque los

diámetros se hacen demasiado grandes. Colocar hidrantes para incendio. Para colocar hidrantes se debe tener en cuenta:

1. Dentro de la red escoger el sitio donde debe ir el hidrante, de tal manera que

cubra un diámetro de aproximadamente 300 m.

2. Probabilidad de que dos hidrantes se utilicen al mismo tiempo.

3. Colocarlos sobre la red matriz.

4. Distribuir los caudales de la manera más crítica, ó sea tratar de que el agua

haga el menor recorrido posible.

Ubicación del tanque elevado En general en la práctica pueden existir varios lugares para ubicar el tanque, como ser plazas o lugares públicos apropiados. La ubicación del tanque de distribución atenderá en general a los siguientes principios: zona central de la localidad a servir, zona de mayor cota del terreno, disponibilidad del mismo, costo en caso de ser necesario una expropiación. Lógicamente, es difícil conseguir todas estas posibilidades para ubicar el tanque, por consiguiente será necesario balancear todas las soluciones posibles para decidir la más conveniente, tanto en lo que respecta al factor técnico como al factor económico.

Altura del tanque elevado Cuanto más alto sea el tanque elevado, menores serán los diámetros de la red de distribución y por lo tanto menor será su costo, pero mayor será el costo de la energía para realizar el bombeo. Cuanto menor sea la altura del tanque menor será el costo de bombeo, pero en este caso aumentará el costo de la red. Entre estos dos casos extremos, existe una altura de tanque que hace mínima la suma de los costos de bombeo y de la red. Criterio práctico: calculada la pérdida de energía hf entre el fondo del tanque y el punto más elevado del ramal; considerando un diámetro constante y una velocidad.Si a la cota del terreno en dicho punto se le suma la presión mínima expresada en metros de columna de agua mas el valor de hf anteriormente determinado, se obtiene la cota del fondo del tanque. La diferencia entre dicha cota y la del terreno al pie del tanque nos indica la altura del mismo.

Elección y diseño del sistema de distribución Depende del trazado de las calles, de la topografía, de la localización de las obras de captación y tratamiento. Estos pueden ser: Abiertos: consta de una cañería principal de la cual salen derivaciones hacia ambos lados. Se utilizan para pequeñas poblaciones. Tienen el inconveniente que una rotura en la cañería principal deja fuera de servicio a toda la población. Cerrados: Se compone de un emparrillado dentro de las partes edificadas de la comunidad, donde las calles se cruzan y las líneas se encuentran intercomunicadas. Este sistema presenta la ventaja de alimentar a cualquier punto desde más de una dirección y de eliminar los extremos muertos.

Se deben calcular los diámetros de la red y esto es un problema hidráulico, en el que hay que considerar tres valores:

g: Gastoj: Perdida de carga por unidad de longitudϕ: diámetro

Conocidos dos de cualquiera de ellos se puede hallar el tercero.