Sistemas de Acueductos

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UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERA CIVILABASTECIMIENTO Y SANEAMIENTO HDRICOGRUPO 11

SISTEMAS DE ACUEDUCTOS PRIMARIOS

PRESENTADO POR:Juan Felipe Becerra Casas 3021121892Wendy Magaly Samudo Rodrguez 3021121350

PRESENTADO A:MIGUEL HERNNDEZ

BOGOT, D.C.2016-1

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1. OBJETIVOS

1) GeneralDefinir cada uno de los sistemas de acueducto primarios teniendo en cuenta su comportamiento, su estructura y funcionalidad en la localidad o zona donde este se encuentre.

2) Especficos

Identificar en que zonas se puede utilizar cada tipo de sistema primario, teniendo en cuenta los parmetros de las necesidades de la localidad y la calidad del agua. Definir qu tan eficaz es dar solucin a la necesidad del abastecimiento de agua para una zona o localidad.

2. INTRODUCCIN

Desde el inicio de la humanidad, es indispensable un sistema de abastecimiento de agua, que supla todas las necesidades de una poblacin; primero se debe tener una poblacin cercana a un ro o una fuente de agua, desde la cual se distribuye agua a los diferentes puntos de consumo.Otro mtodo es la excavacin de pozos, aljibes, y formas de recolectar las aguas lluvia.Estos sistemas ya no son utilizados. Hoy en da se utiliza la construccin de sistemas de acueductos por gravedad sin presin, con presin, por bombeo y sistemas mixtos.

3. MARCO TERICO

1) POZO ARTESIANO

En la mayora de los pozos, el agua no puede ascender por s misma. Si el agua se encuentra por primera vez a 30 metros de profundidad, permanecer a ese nivel, fluctuando quiz un metro o dos con los perodos estacionales de humedad y sequa. Sin embargo, en algunos pozos, el agua asciende, derramndose a veces por la superficie. Para muchas personas el trmino artesiano se aplica a cualquier pozo perforado a grandes profundidades. Este uso del trmino es incorrecto. Otros creen que un pozo artesiano debe fluir libremente a la superficie.

El trmino artesiano se aplica a cualquier situacin en la cual el agua subterrnea bajo presin asciende por encima del nivel del acufero. Es agua contenida a presin entre las capas subterrneas, esta busca salida y sube a nivel de manera natural, su fuerza hidrulica puede ser lo suficientemente grande como para formar manantiales. El rendimiento de dicho pozo no depende de su tamao, depende del lugar donde se encuentre.

Los sistemas artesianos se producen cuando un acufero inclinado est confinado entre estratos impermeables.

Tomado de http://www.rutageologica.cl

El nombre de pozos artesianos se debe al nombre de la regin de Artois en Francia. Los pozos artesianos existen slo cuando se producen determinadas condiciones: en primer lugar, el manto acufero al que llega el pozo debe estar bastante inclinado y el pozo abrirse en los niveles ms bajos de la pendiente; segundo, debe estar contenido entre dos estratos impermeables.Si la presin es grande, el agua forma un surtidor que puede elevarse a gran altura. Aprisionada entre las capas impermeables, el agua cercana al fondo del acufero se encuentra sometida a presin a consecuencia del peso que tiene encima. Cuando un pozo pasa la capa impermeable superior, la presin se libera y el agua sale con fuerza.Los manantiales artesianos siguen el mismo principio, pero en vez de escapar por pozos artificiales, el agua sale a la superficie por roturas naturales de la capa superior de roca impermeable.

Estos manantiales tiene su origen en la lluvia y la nieve cadas en montaas distantes; el agua puede viajar centenares de kilmetros a travs de un manto acufero poroso antes de salir a la superficie en un oasis.Cuanto mayor sea la distancia desde el rea de recarga (donde el agua entra en el acufero inclinado), mayor ser la friccin y menor la elevacin del agua. Cuando la superficie piezomtrica est por encima del terreno y el pozo se perfora en el acufero, se crea un pozo artesiano surgente. No todos los sistemas artesianos son pozos. Tambin existen fuentes artesianas. .En este caso, el agua subterrnea alcanza la superficie elevndose a travs de una fractura natural, en lugar de hacerlo a travs de un agujero producido artificialmente.

Los sistemas de abastecimiento de agua de las ciudades pueden considerarse sistemas artesianos artificiales.

Tomado de http://www.rutageologica.cl/index.php?option=com

En algunos lugares, la fuerza del agua fue suficiente como para proporcionar energa a turbinas hidrulicas. Sin embargo, ya no pueden ocurrir porque se han perforado miles de pozos adicionales en el mismo acufero. Esto agot el depsito, y descendi el nivel fretico del rea de recarga. Como consecuencia, la presin cay hasta el punto de que muchos pozos dejaron de fluir y tuvieron que ser bombeados.

2) MANANTIAL O ALJIBE

Un manantial es un flujo natural de agua que surge del interior de la tierra desde un solo punto o por un rea pequea. Pueden aparecer en tierra firme o ir a dar a cursos de agua, lagunas o lagos. Los manantiales pueden ser permanentes o intermitentes, y tener su origen en el agua de lluvia que se filtra o tener un origen gneo, dando lugar a manantiales de agua caliente.Se origina en la filtracin de agua, de lluvia o de nieve, que penetra en un rea y emerge en otra de menor altitud, donde el agua no est confinada en un conducto impermeable. Suelen ser abundantes. Los cursos subterrneos a veces se calientan por el contacto con rocas gneas y afloran como aguas termales.La composicin del agua de los manantiales vara segn la naturaleza del suelo o la roca de su lecho. El caudal de los manantiales depende de la estacin del ao y del volumen de las precipitaciones. Los manantiales de filtracin se secan a menudo en periodos secos o de escasas precipitaciones; sin embargo, otros tienen un caudal copioso y constante que proporciona un importante suministro de agua local.

Normalmente se clasifica los manantiales o nacientes por el volumen de agua que descargan. Los ms grandes son de primera magnitud, definidos como tales cuando descargan agua a una velocidad de 2.800 litros por segundo, por lo menos. La escala es la siguiente:

Primera Magnitud- > 2.800 /s Segunda Magnitud 280 a 2800 l/s (10 a 100 pies/s) Tercera Magnitud 28 to 280 l/s (1 a 10 pies/s) Cuarta Magnitud- 6,3 a 28 l/s (100 galones EE. UU./min a 1 pie/s o 448 galones [EE. UU.]/min) Quinta Magnitud- 0.63 a 6.3 l/s (10 a 100 galones/min) Sexta Magnitud- 63 a 630 ml/s (1 a 10 galones/min) Sptima Magnitud- 8 a 63 ml/s (1 pinta a 1 galones/min) Octava Magnitud- Menos de 8 ml/s (1 pinta/min) Magnitud cero No fluye (ex sitios / Naciente histrico)

3) CISTERNAS DE AGUA LLUVIA

La importancia de captar, almacenar y utilizar el agua de lluvia para uso domstico y consumo humano es de gran relevancia para la mayora de las poblaciones, sobre todo aquellas que no tienen acceso a este lquido. Esta opcin permite satisfacer las necesidades bsicas de la poblacin; as mismo, ayuda a prevenir la presencia de enfermedades por ingestin de agua contaminada.

Se pueden reciclar las aguas grises, las aguas negras y se puede aprovechar. La recuperacin de agua pluvial consiste en filtrar el agua de lluvia captada en una superficie determinada, generalmente el tejado o azotea, y almacenarla en un depsito.

Este sistema funciona normalmente en 3 etapas:

Captacin: cuando empieza a llover, por medio de canaletas o tubos que estn ubicados estratgicamente en las zonas altas de la edificacin, el agua entra al interceptor y lo empieza a llenar. Almacenamiento: finalmente el agua ms limpia es ubicada en un tanque de almacenamiento desde el cual ser suministrada. Distribucin: desde el depsito de almacenamiento el agua ser enviada por medio de la tubera para los diferentes usos domsticos, de agricultura y dems.

Ilustracin de las dos ltimas etapas Almacenamiento y distribucin.

UTILIZADO EN LA ACTUALIDADHay varios criterios para juzgar si la cisterna de agua de lluvia es apropiada o no para un rea determinada, pues la importancia de captar, almacenar y utilizar el agua de lluvia para uso domstico y consumo humano es de gran relevancia para la mayora de las poblaciones que no tienen acceso al agua por medio de algn otro sistema de acueducto.Se puede decir que los tanques de agua lluvia resultan ms adecuados en las siguientes reas:

Islas donde la penetracin del agua salada contamina el agua subterrnea y proveniente de otras fuentes.

reas donde el agua de los ros tiene poca calidad o hay grandes distancias entre el usuario y la fuente de agua. Incluso en reas donde la precipitacin pluvial es escasa, el sistema de cisterna puede ser an ms eficiente.

Los trpicos, especialmente en reas como las de las Filipinas e Indonesia, donde hay abundante precipitacin pluvial anual, pero ninguna durante la estacin de seca.

Sin embargo y a pesar de las ventajas que hay en este sistema de acueducto de los 6500 millones de habitantes en el mundo, 1400 se encuentran sin acceso a la distribucin de agua entubada, 80 millones en Amrica Latina y el Caribe y 13 millones en Mxico, cifras tan elevadas del carecimiento de ste servicio, no van acorde al derecho humano al agua.

NACIMIENTOS EN ZONAS PANTANOSAS

QU ES EL NACIMIENTO EN ZONAS PANTANOSASLos pantanos son terrenos donde, por efecto del nivel fretico, el agua se mantiene muy superficial y poco profunda en la cual crece una vegetacin acutica a veces muy densa.

La caracterstica principal est en la profundidad del nivel fretico la cual es poca, con la constante variacin del sistema del suelo y a pesar de estas caractersticas la vegetacin se adapta a estas condiciones y existen dos clases la primera se nombra hidrfita, que es cuando se ubica sobre zonas inundadas de agua; y la segunda se nombra freatofita cuando estas zonas se ubican sobre zonas de agua oculta; en estos casos se reemplaza a las especies terrestres normales.

FUNCIONES

La funcin principal, aparte de ser un gran ecosistema y un importante hbitat para muchos seres vivos, es que actan como filtradores naturales de agua, esto se debe a que sus plantas hidrfitas, gracias a sus tejidos, almacenan y liberan agua, y de esta forma hacen un proceso de filtracin. Antiguamente eran drenadas por ser consideradas una simple inundacin de los terrenos, pero hoy en da se sabe que representan un gran ecosistema y se los valora ms.

ILUSTRACIN

PANTANO DE CENTLA: (http://www.eltabasqueno.org/blog/pantanos-de-centla/)

UTILIZADO EN LA ACTUALIDADA pesar de su importancia, las tierras hmedas en todo el mundo se encuentran amenazadas. Estos peligros provienen de la conversin intensiva a la agricultura o acuicultura, desarrollo industrial, cambios hidrolgicos artificiales o degradacin por medio de la explotacin excesiva. Siendo este uno de los temas ms importantes de cara a su futura conservacin.

GALERA DE INFILTRACIN

La galera de infiltracin es un sistema de interceptacin de agua subterrnea que fluye hacia un ro o un lago. Puede ser superficial o profunda, segn la naturaleza de la hidrogeologa del sector. La galera tipo zanja cubierta es similar al sistema utilizado para la captacin de aguas en cinagas, mientras que la galera tipo conducto se muestra a continuacin:

Tipos de galeras de infiltracin.Tomado de: LPEZ CUALLA, Ricardo. Elementos de Diseo para Acueductos y Alcantarillados; pg. 27.

El uso de estas obras de captacin de agua, se limita en casos en que el agua subterrnea se encuentre a una profundidad de 5 8 metros por debajo del suelo. Son recomendados cuando se va a captar el agua subterrnea de acuferos de poca profundidad con un pequeo espesor saturado y adems en zonas costeras en donde el agua dulce se encuentra por encima del agua salada.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Consiste en un tubo perforado o ranurado, rodeado de una capa de grava o piedra triturada graduada instalada en el acufero superficial, o en el caso de captacin indirecta de aguas superficiales, en el estrato permeable que se comunica con dichas aguas.

En los extremos aguas arriba de la galera y a una longitud aprox. De 50 m, normalmente se coloca un pozo de visita. En el extremo aguas abajo se construye un tanque o pozo recolector, de donde se conducen las aguas por gravedad o por bombeo hacia el sistema de distribucin. El tubo de recoleccin usualmente es de concreto o de fibrocemento. Su dimetro es funcin del gasto, siendo ms recomendable del orden 200 a 250 mm.

Galera de infiltracin.Tomado de: Cartilla de Saneamiento Agua. Pg.17.

CRITERIOS PARA LA UBICACIN DE LAS GALERAS DE INFILTRACIN

La galera de infiltracin se orienta con la direccin predominante del flujo subterrneo. Cuando la velocidad de un ro es pequea y existen extractos de alta permeabilidad que se conectan, la galera normalmente se instala paralela al eje del mismo; en este caso, la direccin del flujo subterrneo principalmente es desde el ro hacia la galera, aunque desde el lado opuesto de la misma tambin penetrara el agua, ya que el ro y la instalacin de la galera ser anloga.

En caso de cursos rpidos y extractos de baja permeabilidad, ser necesario investigar la direccin del flujo subterrneo, a fin de interceptar el paso del mismo con la galera de infiltracin. Normalmente, unos ramales perpendiculares al eje del ro dan los resultados deseados.

Cuando no existen extractos permeables con la excepcin de unos bancos de arena o grava depositados por el ro en un lecho limitado, la galera se instala por debajo del ro, normal a su eje. La misma solucin se emplea cuando el acufero es de muy baja permeabilidad.

MOLINOS DE VIENTO

El molino de viento es una torre construida que sirve como mquina o artefacto, cuyo objeto es aprovechar la energa del viento haciendo uso de unas aspas. stas, que estn unidas a un eje, transmiten dicha energa hacia unas piedras cilndricas y la transforman de este modo en trabajo til.Con el tiempo, el molino de viento tuvo diferentes usos, entre los cuales encontramos la funcin de ser usado como una bomba de agua, sin embargo tuvo que ser modificado para cumplir con este trabajo.

Molino de Viento (http://enciclopedia.us.es/index.php/Molino_de_viento)

Actualmente existen dos maneras de utilizar la energa elica para bombear agua:

Bombeo mecnico: Funciona a baja velocidad de viento y requiere una bomba en forma de pistn; sta succiona el agua subterrnea y la expulsa hacia un depsito de acumulacin. El motivo por el cual funciona a baja velocidad es para reducir la resistencia de la circulacin del agua y evitar daos a las tuberas.

Bombeo elctrico: Utiliza una bomba elctrica que va conectada a un generador elico para sustraer agua. Es decir, el molino de viento genera la electricidad necesaria para manejar la bomba de agua.

Estas bombas de agua elicas generalmente son utilizadas a pequea escala, para abastecer de agua potable a comunidades rurales, o en pequeos sistemas de riego.

ARIETE HIDRULICO

El ariete hidrulico es una bomba de chorro de agua que acta por choque. Este levanta agua empleando la fuerza que se genera cuando una masa de agua en movimiento se detiene repentinamente. A este fenmeno se le da el nombre de golpe de ariete y se produce por la transformacin de energa cintica a energa de presin. Lo que se hace con el ariete es llevar una parte de un caudal grande de agua con poca cada a una cota mayor.El ariete hidrulico fue patentado en 1796, por Joseph Montgolfier (1749- 1810), y consiste en una mquina que aprovecha nicamente la energa de un pequeo salto de agua para elevar parte de su caudal a una altura superior. A partir de su invencin, el ariete hidrulico tuvo una amplia difusin por todo el mundo.Ariete Hidrulico(http://es.wikipedia.org/wiki/Ariete_hidr%C3%A1ulico)

7.1.FUNCIONAMIENTO

El agua se conduce a la caja de vlvulas del ariete. La caja de vlvulas contiene dos vlvulas automticas, una vlvula de descarga que abre hacia abajo y otra de suministro que abre hacia arriba. Encima de esta ltima hay una cmara de aire en cuya base se encuentra la tubera de suministro. Con la vlvula de suministro cerrada existe un flujo continuo por la vlvula de descarga. Si la vlvula de suministro se cierra intempestivamente se desarrollan presiones por el golpe de ariete que obligan a la vlvula de suministro a abrirse permitiendo la entrada de algo de agua a la tubera de salida. Una vez llegue la onda de presin negativa de la toma, la vlvula de suministro se cierra y la de descarga se abre automticamente. Entonces se produce un flujo de agua gradualmente acelerado a travs de la vlvula

de descarga que ocurre hasta que la fuerza neta ejercida hacia arriba en la vlvula supera su peso y en ese momento esta se cierra para comenzar un nuevo ciclo. La cmara de aire sirve como amortiguador de flujo en la tubera de salida reduciendo las fluctuaciones.

El ariete funciona de la siguiente manera: el agua llega a la toma desde la fuente y de all se hace circular por cada natural en una tubera que la conduce hacia el ariete, el dimetro de la tubera de entrada debe ser en todo caso mayor a la de salida. La vlvula de descarga que se encuentra abierta por su propio peso se cierra con el empuje del agua como se explic anteriormente. Con el cierre de esta se produce el golpe de ariete en la bomba y obliga a la vlvula de suministro a abrirse. Se forza el agua a travs de esta a la cmara de aire. Una vez amortiguada la sobrepresin por la entrada del agua a la cmara de aire, se cierra la vlvula de suministro y se abre la de descarga permitiendo una vez ms el comienzo de un nuevo ciclo. Una vlvula roncadora o de admisin de aire, admite aire para que la cmara de aire reponga el aire que absorbe el agua en el bombeo. Se puede repetir este procedimiento de 40 a 200 veces por minuto dependiendo de las caractersticas del ariete; esta iteracin genera una presin en la cmara de aire que llega a ser suficiente para bombear el agua hasta la cota deseada donde se encuentra el depsito.

Tomado de: http://www.terra.org/data/ariete_super.pdf

El ariete hidrulico es una mquina que provoca continuos cierres bruscos de un circuito con agua en aceleracin y que aprovecha las sobrepresiones para mandar parte del caudal a una gran altura.

RENDIMIENTO

El rendimiento del ariete hidrulico representa el porcentaje de agua que se puede bombear en relacin al total de la canalizada por el ariete, y vara en funcin del cociente H/h. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye. En la tabla siguiente puede verse cmo vara el rendimiento energtico.

LA ALTURA DE ELEVACIN (H)

Como puede deducirse de la tabla anterior, a partir de 12 veces la altura (h), el rendimiento de los arietes disminuye en gran medida. Este detalle no nos ha de desalentar. Aunque slo subamos a gran altura un 1% del agua que pasa por nuestro ariete, este funciona las 8.760 horas del ao, y sin combustible!

EL CAUDAL ELEVADO (Q)

Depende del rendimiento (R), el caudal de alimentacin (Q), el desnivel de trabajo(h) y la altura de elevacin (H). La ecuacin por la que se relacionan es la siguiente:

q = R Q h / H

Por ejemplo: Q (Caudal de alimentacin) = 100 litros/minutoh (desnivel de trabajo) = 3 metros H (Altura de elevacin) = 24 metros

La relacin H/h = 8, luego el rendimiento del ariete en estas condiciones equivale al 57% (057).El caudal elevado q = 0,57 100 3 / 24 = 7,125 litros/minuto = 10260 l/da.

EL CAUDAL DE ALIMENTACIN (Q)

El ngulo de inclinacin del tubo de alimentacin () debe estar entre los 10 y los 45 con la horizontal. El caudal de alimentacin del ariete depender del dimetro de dicho tubo de acometida. En la siguiente tabla se pueden ver relacionados estos parmetros, para tubera de hierro galvanizado, que es la ms recomendable para alimentar arietes hidrulicos.

Hay que tener en cuenta que el agua que se acelera en el tubo de alimentacin, es la que provoca el golpe de ariete, por lo que este ha de tener una longitud, inclinacin y dimetro adecuados, sin curvas ni estrechamientos que provoquen prdidas de carga por rozamiento.

ARIETE HIDRULICO UNIVERSAL

CONCLUSIONES

Los sistemas de acueducto primarios son adecuados para comunidades muy pequeas ya que se presentan como una alternativa o solucin a la escasez de agua en lugares de difcil accesibilidad como lo son algunas comunidades rurales, teniendo en cuenta aspectos como su bajo costo y su facilidad de operacin, pues no requiere de personal calificado para manejarlo, ya que son sistemas creados por la necesidad del lquido vital que es el agua, constituyen una solucin ligera, eficaz y amigable con el ambiente; por algo esos mecanismos y sistemas utilizados por dcadas y dcadas en algunos sitios emblemticos existen y son importantes para la humanidad.

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