TALLER 1 ACUEDUCTO (1).pdf

8/11/2019 TALLER 1 ACUEDUCTO (1).pdf

1/31

22 de Agosto de 2013 TALLER 1ACUEDUCTODISEO DE LA CAPTACION, TUBERIADE ADUCCION, DESARENADOR YCANAL DE CONDUCCION HASTAPLANTA DE TRATAMIENTO


2/31

TALLER 1 ACUEDUCTO

ED MERCADO BENT

CESAR GOMEZ GOMEZ

HAROLD PUELLO PEREZ

PRESENTADO AING. FREDY ANGULO HERNANDEZ

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE BOLIVAR

ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO

PROGRAMA DE INGENERIA CIVIL Y AMBIENTAL

CARTAGENA DE INDIAS

22 DE AGOSTO DE 2013


3/31

1. INTRODUCCION

El acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigacin, que permitetransportar agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que sta esaccesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante.

Cualquier asentamiento humano, por pequeo que sea, necesita disponer de unsistema de aprovisionamiento de agua que satisfaga sus necesidades vitales. Lasolucin ms elemental consiste en establecer el poblamiento en las proximidadesde un ro o manantial, desde donde se acarrea el agua a los puntos de consumo.Otra solucin consiste en excavar pozos dentro o fuera de la zona habitada oconstruir aljibes. Pero cuando el poblamiento alcanza la categora de autnticaciudad, se hacen necesarios sistemas de conduccin que obtengan el agua en lospuntos ms adecuados del entorno y la aproximen al lugar donde se haestablecido la poblacin.

El trabajo consta del diseo de una captacin lateral, en donde incluye la rejilla y lacmara de control de exceso; una tubera de conduccin a presin desde la

captacin hasta el desarenador; un desarenador donde incluye el clculo de lavelocidad y tiempo de sedimentacin, volumen y dimensiones del tranque, entreotros; y finalmente un canal de aduccin trapezoidal con todo el anlisis hidrulicoque este amerita.

Cada vez que se requiri, se presentaron los principios bsicos de la hidrulica.De igual manera, cuando el tema lo exiga, se presentaron los criterios bsicospara el diseo y las normas vigentes en nuestro pas (RAS 2000 Titulo B) conlos que se regulan los proyectos de abastecimiento, para obtener sistemasflexibles y exigentes.


4/31

2. OBJETIVOS

Objetivo General1. Disear la captacin, tubera de aduccin, desarenador y canal de

aduccin para una poblacin de setenta mil habitantes.

Objetivos Especficos

2. Disear la rejilla junto con sus prdidas.3. Disear la cmara de control de exceso junto con sus caudales de

exceso y vertederos de exceso.4. Disear el dimetro de la conduccin, velocidades de flujo y cotas

claves.5. Calcular velocidad y tiempo de sedimentacin del desarenador, ancho y

largo del desarenador y carga hidrulica superficial.6. Calculo del tirante normal, pendiente, rea transversal, radio hidrulico y

dems clculos del canal de aduccin.


5/31

3. MARCO TEORICO

1. CRITERIOS BSICOS PARA EL DISEO

La acertada determinacin de los parmetros de diseo, y entre ellos lacifra de consumo, da lugar a un sistema de abastecimiento de aguaeficiente a lo largo de su periodo de diseo.

Al iniciar el planteamiento de un programa de acueducto es necesarioestablecer y analizar las caractersticas que conforman los criterios dediseo.

7. Disponibilidad en cantidad y calidad del agua en las fuentes8. Estadsticas de consumo de agua en la localidad en estudio o en

similares9. Periodo de diseo y vida probable de las estructuras10. Calidad de los materiales Consumo medio

Se define como el promedio aritmtico de los consumos da a da delperiodo de un ao. Se determina mediante registros de consumo.Cuando no se dispone de ellos, se aplica la expresin:

=86.400

dnde: Cm: consumo medio en l/sP: nmero de habitantes al final del periodo de diseod: dotacin en l/hab/da.

Consumo mximo diarioEl da de mximo consumo de una serie de registros observadosdurante los 365 das del ao se define como el de consumo mximo


6/31

diario. Su determinacin se hace mediante registros de consumomediante la expresin:

= 1 .

donde: CMD: Consumo mximo diario en l/s

K1: 1,1 K 1 1,4

El factor K1 ser mayor en aquellas localidades que presentandurante el ao como das especiales como fiestas, turismo, eventosdeportivos y otros, en los cuales el consumo es mayor.

Consumo Mximo HorarioLa hora de mximo consumo en el da mximo consumo define elconsumo mximo ao mediante la expresin:

= 2 .

donde: CMH: Consumo mximo horario en l/s

K2: 1,4 K 2 1,7

El factor K2 es mayor en aquellas localidades en las cuales lasactividades domsticas se concentran en determinadas horas delda, y ser menor aquellas localidades donde las actividades querequieren el consumo de agua se realizan a lo largo del da,ocasionando una distribucin del consumo en todas o varias horasdel da


7/31

2. OBRAS DE CAPTACION

2.1. Generalidades

Se conoce con el nombre de obras de captacin las estructuras que secolocan directamente sobre las fuentes superficiales o subterrneas que sehan seleccionado como econmicamente utilizables para surtir una red deacueducto o para generar energa y desarrollar sistemas de riego, entreotros fines. Las fuentes superficiales pueden presentarse bajo la forma decorrientes con desplazamiento continuo o bien como vasos o represas deuna definida extensin. Entre las primeras se encuentran los ros, vertientes

o manantiales y entre las segundas, los lagos y embalses.Las aguas subterrneas, por otra parte, se presentan en estratos ms omenos profundos, debajo de la superficie.

Los tipos de captacin son esencialmente diferentes segn que se deseecaptar las aguas de ros, manantiales, lagos, embalses, pozos profundos osomeros

2.2. Criterios de localizacin para la captacin en ros y manantiales

Con el fin de obtener un comportamiento satisfactorio como fuente de agua,un rio debe cumplir las siguientes condiciones:

2. El caudal del rio debe ser bastante mayor que el caudal de diseo, y laprofundidad del rio no debe ser menor de un cierto valor minimo.

3. Debe presentarse un cauce estable y tener firmeza en sus orillas, con el fin deque no existan derrumbes, sedimentos o erosiones que puedan interferir en el

comportamiento optimo de la estructura de captacin.4. Se debe prever una carga para mover el agua hasta el sitio de las bombas, o

bien, que se produzca el flujo por gravedad y el gasto estimado en el diseo

Independientemente del tipo de aprovechamiento que se va a dar al caudalcaptado, debe tener en cuenta que la conduccin se haga lo ms


8/31

econmica posible y localizando la estructura de captacin lo ms cercanaque se pueda a la estructura de aprovechamiento.

2.3. Tipos de obras de captacin

2.3.1. Bocatomas o captacin lateralEs muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee uncaudal relativamente grande. El sitio se selecciona donde laestructura quede a una altura conveniente del fondo y, ubicada alfinal de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares protegidos de laerosin o socavacin.

Si se requiere un bueno diseo es necesario estudiar elcomportamiento hidrolgico de a corriente, determinar los gastosmximos, mnimos y la curva de duracin de caudales naturales. Lainformacin hidrolgica que se refiere a los gastos mximos permiteasegurar una debida proteccin de la estructura contra las avenidas.La informacin de gastos mnimos garantiza una seleccin de caudala captar, adecuado a los niveles mnimos de la corriente, y, en casode las corrientes naturales, con alta demanda de agua, la curva de

duracin de caudales provee la informacin acerca de laslimitaciones y alcances de la corriente para suministrar los gastosdeseadosEn caso que se desee efectuar la conduccin por gravedad, sepuede adoptar el tipo de obra que es tpico de este caso particular yconsiste en proyectar un sistema de compuertas de cualquier tipo,con el fin de elevar artificialmente el nivel del agua, mantenindolo auna cota superior constante.


9/31

3. DISEO DE LA REJILLAPara disear la rejilla se tiene en cuenta el tamao del material quedeseamos retener, el tipo de rejilla y la forma de limpieza

Las rejillas tendrn las siguientes especificaciones:5. El vertedero lateral de la captacin se disear como vertedero frontal de creta

delgada teniendo en cuenta algunas consideraciones y se verificar con unade las expresiones utilizadas para vertedero lateral

6. Es conveniente llevar la rejilla hasta la parte superior de la cmara dederivacin para facilitar su construccin.

Entrada de agua por la rejillaEl vertedero se disea con la expresin de Francis, til para vertederofrontal de cresta delgada,

= 1,84 . 3/2

donde: Q: caudal a captar en m 3/s.Le: longitud efectiva del vertedero, en m.H: carga sobre la cresta del vertedero, en m.

Se puede asumir que no hay carga de velocidad pues la toma es lateraly la velocidad del agua en la fuente en sentido lateral se puedeconsiderar prcticamente nula.

Perdidas en la rejillaMuchas de las ecuaciones deducidas experimentalmente dan la perdidapor entrada a la rejilla en funcin de la velocidad, pero como esta esprcticamente nula, las prdidas son muy pequeas.

Una expresin de frecuente uso es la frmula de Kinhmmer,

= ( / ) 4/3 . .


10/31

donde: h: perdida en carga m.B: factor de forma.W: espesor de la barra, en mhv: cabeza de velocidad (v2/2g)

: ngulo de la varilla con la horizontal.b: profundidad de la varilla.

4. LINEA DE ADUCCIONSe define lnea de aduccin en un sistema de acueducto al conductoque transporta el agua de la bocatoma, desde la cmara de derivacin,hasta el desarenador. Puede ser un canal abierto o un canal cerrado

(tubera).

La lnea de aduccin funciona con flujo a superficie libre; solo en pocasde altas aguas funciona a presin; para esta condicin de flujo se debeevaluar cuanto caudal transporta a fin de disear los dispositivos en eldesarenador que permitan evacuar el excedente de caudal antes deentrar al proceso de desarenacion.

La lnea de aduccin se disea para el Caudal Mximo Diario, para undimetro mnimo de = 6, con una velocidad ideal de 1.1 m/s. y paraun rango de velocidades de 0,60 m/s. a 4,0 m/s para evitar lasedimentacin y la abrasin respectivamente.

El diseo de la aduccin se hace generalmente con la frmula deManning y se evala el caudal que transporta cuando se trata de un flujo

a presin mediante la frmula de Hazen-Williams o Dacy-Weisbach.

Para definir la posicin de la aduccin en la cmara se deben tener encuenta las prdidas locales dadas por:


11/31

Perdidas por la rejilla en 2 cm.

Perdidas por coladera. Se estima en 4,5 veces la cabeza develocidad

Cuando no hay cmara de derivacin, la perdida local soloest dada por la entrada a la rejilla.

5. DESARENADORESLos desarenadores son estructuras que tienen como funcin removerlas partculas de cierto tamao que la captacin de una fuentesuperficial permite pasar. Los factores que se deben considerar para un

buen proceso de desarenacin son: temperatura y viscosidad de agua,tamao, forma y porcentaje a remover de la partcula de diseo,eficiencia de la pantalla deflectora.

Zonas de un desarenadorLa sedimentacin se efecta en unidades o reactores en los cuales,tericamente, la masa liquida se traslada de un punto a otro con

movimiento rectilneo uniforme.Un desarenador consta de cuatro zonas y se debe proveer dedispositivos que hagan eficiente el proceso de sedimentacin.

o Zona de entrada, es la cmara donde se disipa la energa delagua que llega con alguna velocidad de la captacin.

o Zona de sedimentacin propiamente dicha, cuyas caractersticasde rgimen de flujo permiten la remocin de los slidos de agua.

o El asentamiento tiene lugar exactamente como sucedera en unrecipiente con fluido en reposo de la misma profundidad.

o La concentracin de las partculas a la entrada de la zona desedimentacin es homognea, es decir, la concentracin de


12/31

partculas en suspensin de cada tamao es uniforme en toda laseccin transversal perpendicular al flujo

o La velocidad horizontal del fluido en el desarenador est pordebajo de la velocidad de arrastre de los lodos, por lo tanto, unavez que una partcula llegue al fondo, permanece all. Lavelocidad horizontal es constante lo mismo que la velocidad desedimentacin de cada partcula, por lo que a trayectoria de laspartculas en el sedimentador es una lnea recta.

5.1 Dispositivos necesarios en un desarenador5.1.1 Vertedero de Exceso

Se coloca generalmente en una de las paredes paralelas a ladireccin de entrada del flujo y tiene como funcin evacuar elexceso del caudal que transporta la lnea de aduccin enpocas de aguas altas. Si no se evacua el caudal de exceso,por continuidad, aumenta el rgimen de velocidad en al zonade sedimentacin y con ello se disminuye las eficiencias delreactor.

6. CONDUCCIONESLa conduccin es el componente de un sistema de abastecimiento deagua a travs del cual se transporta esta desde el desarenador hasta laplanta de tratamiento, al tanque de almacenamiento o directamente a lared de distribucin. Dependiendo de la conexin, a alguno de losanteriores componentes, del tamao del proyecto; de las caractersticasdel agua; de la capacidad financiera y de inversin del municipio; de las

condiciones topografas, etc.

La mayora de las conducciones aplicadas a sistemas de acueductosimplican el flujo en tuberas; no obstante, en ocasiones por razones


13/31

econmicas y topogrficas, es posible disear conducciones en canalesabiertos.

De acuerdo con el comportamiento hidrulico del flujo las condicionespueden ser:

- Canales abiertos- Conductos cerrados sin presin- Conductos cerrados a presin donde el agua es impulsada

por gravedad o mediante estaciones de bombeo- Conducciones mixtas

6.1. Canales Abiertos

En diversas ocasiones, por razones econmicas, topogrficas o tcnicas engeneral, es preferible plantear para la conduccin de un sistema deabastecimiento el transporte de agua a travs de un canal.

Los canales abiertos pueden ser naturales o artificiales. Los primeros hansido desarrollados por procesos naturales, tal es el caso de pequeos ygrandes ros, estuarios, etc. Los segundos han sido construidos por el

hombre, por ejemplo, los canales de irrigacin, de navegacin, cunetas ycanales para drenajes.


14/31

4. ANALISIS DE DATOS

4.1. CRITERIOS BSICOS DE DISEOCriterios de clasificacin Asignacin de nivel de complejidad

Complejidad: Alto , teniendo en cuenta una poblacin de 70,000habitantes.

Dotacin Neta: 150l/hab/da

Dotacin Bruta:

= 150 / /1 0.25 = / / Caudal Medio Diario:

=70.000 (200 / / )

86.400

= / .


15/31

Caudal Mximo Diario:

= (162 / )(1.3)

= / Caudal Mximo Horario:

= 211 / (1,5)

= / Caudal de Diseo de Captacin:

Fuente: Ras 2000

Se determina el factor de seguridad dependiendo el tipo de captacindel proyecto y teniendo en cuenta el nivel de complejidad delproyecto. Adems, tomamos como periodo de retorno de diseo de30 aos debido al nivel de complejidad es alto


16/31

Fuente: Adaptado de Ras 2000

= = /

4.2. DISEO DE LA REJILLAPara calcular la longitud real de la rejilla, usamos la ecuacin decontinuidad, teniendo en cuenta que la velocidad de flujo debe serinferior a0,15 m/s.

(1)

Donde el Aneta :

(2)

Reemplazando 2 en 1, despejamos la longitud real

=( + ). . .

Donde Q: Caudal de diseo: 2xQ MD

a: espaciamiento entre la rejilla: 0,06m

b: espesor del barrote: 0,0127m


17/31

K: captacin de la rejilla: 0,9

B: altura de la rejilla: 1,2m

Vb: velocidad efectiva de la rejilla: 0,15m/s

Haciendo clculos y reemplazando los valores obtenemos que,

= , Calculo del rea neta:

= , Calculo de nmero de espaciamiento:

Despejando N obtenemos

=

.

= . Cantidad de Barrotes:

= 1 = Calculo de las perdidas por la rejilla:

= ( / ) 4/3 . . donde

: factor de forma: 1,79W: espaciamiento de la barra: 0,06mhv: cabeza de velocidad: 0,001147 m/s


18/31

: ngulo de la varilla con la horizontal: 90b: profundidad de la varilla: 0,0127m

= , Nivel del agua del Vertedero: es la altura de la rejilla menos lasprdidas de la rejilla.

1,20 0,0162 = , Longitud de funcionamiento de la rejilla

= 43.23 0,06 = 2.600 Calculo de velocidad entre los barrotes (comprobacin de velocidadsegn la RAS 2000)

Separacin entre los barrotes

=1,84 1.5

+ 0,1

= 421 /10001.84 1,2 1.5

+ 0,1 2 1,2

= , Velocidad entre barrotes

La velocidad en las rejillas debe estar entre .03 m/s y 0.45 m/s. Encaso de tener una velocidad inferior por debajo de la mnimaestablecida, es recomendable disminuir el dimetro de la rejilla.

=

4211000

0,4141 1,2

= , / < , / .


19/31

Altura de Muro de contencin:

Es igual a la altura de la rejilla menos las prdidas, que es igual alnivel de agua dentro del vertedero:

1,20 0,0162 = , Calculo del Caudal de captacin y de exceso

=1,84

2/3

= 9 3 /

1,84(2,60 )

2/3

= 1,523

Caudal Captado Mximo

C = 0.30 Aneta = 3,12m2

= , > :

Caudal de Exceso

= 5,11 3 / 0,4213 /

= , /


20/31

Ancho del Vertedero

=1,84(

)

2/3

= 4,69 3 /

1,84[1,52 0,0162 ]2/3

= 1,379

Altura de Exceso

= 4,69 3 /

1,84(1,379 )

2/3

= ,

Velocidad de Exceso

= =

4,69 3 /1,379 1,183 = , /

Ecuacin de formula de alcance de chorro


21/31

= 0,36(2,876 / ) 2/3 + 0,6(1,50 ) 4/7 = , = 0,18(2,87 / ) 4/7 + 0,74(1,50 ) 3/4 = ,

= 1,486 + 0,30

= ,

4.3. CONDUCCIN A PRESIN DESDE CAPTACIN HASTADESARENADOR

VARIABLE VALOR UNI

C 150 -L 200 mNivel de agua Vertedero Aguas arriba 11,483 mNivel de agua del Desarenador 10,2 mHf disponible 1,283 mS 0,006418 m/md 609,18 mm

Nivel de agua del Vertedero Aguas Arriba

11,5 + 1,18

1,2

11,483

Hf Disponible: Nivel de vertedero aguas arriba menos el nivel delagua del desarenador

= 11,483 10,2 = 1,28


22/31

= 1,28200 0,0064 Para la Velocidad, usamos la formula de Hazen-Williams

Usamos la Ecuacin de continuidad

= . ; = , reemplazamos V en ec de continuidad y el rea ladejamos en funcin del dimetro4

2 = 0,849. .4

0,63

. 0,54

Teniendo en cuenta que C = 150, Q = 0,211m 3/s, hacindolo porSolver obtenemos el valor del dimetro

d = 0,377m

Velocidad

=

= 4 2 = 4 0,211 3 /0,377 2

= , / Hf (Ecuacin Hazen-Williams)

= 6,8241 200150 1,851 . 0,377 1,167 (1,88) 1,851 = 4102

hf disponible > hf calculado (No Cumple)


23/31

No cumple, ya que el Hf calculado es mayor al Hf disponible, a pesarde que la velocidad est entre el rango estipulado por el RAS 2000que est entre 0.6m/s (veloc. mnima) y 6m/s (veloc mxima)

Planteamos la siguiente ecuacin de Hazel-Williams, obtenemos undimetro:

= 3 105 . 1,85

1,85 . 4,866

Despejando el dimetro

PARAMETRO VALOR UNIDADQ 211 l/s

C 150 -L 200 m

Despejando el dimetro se obtiene que d = 0,38m

Aproximadamente 0.40m para un dimetro comercial

Evaluando el dimetro en la formula anterior, se obtuvo una perdidamenor que la cabeza disponible, lo que indica que si cumple.

4.4. DESARENADOR

Calculo Velocidad de Sedimentacin


24/31

=9,81 2,65 1000 1000 . 0,081000 2

18.0,000798

= 0,007212 /

Tiempo de Sedimentacin

= 1,50,0007212 / 207,98

Periodo de Retencin hidrulica

= 3.00; = 3 207,98 3 = 623,95

Volumen del Tanque

= 623,95 0,211 3 / = , rea Superficial del Tanque


25/31

=

131,43 3

1,5 = ,

Ancho del Desarenador

= 87,623 = 5,404 Largo del desarenador

= 3 5,404 = , rea Transversal

= 5,404 3 = 8,102

Carga Hidrulica Superficial

=0,211

87,62 = 0,0024 /

Chequeo


26/31

= 3,716 5 < ( )

= 623,95207,98 3,00

= 3,00

=

=16,21 0,0024

1,5 = 0,02598 = 0,007212 20 = 0,1442 /

S cumple.

4.5. CANAL DE ADUCCION


27/31

0 =10.2 10

400 0 = 0,0005 Datos

VARIABLE VALOR UNIDAD

Q 0,211 m sIteraciones 4 -Ycontrol-Hidraulico 10 mCota 200 mSo 0,0005 m/m

Aplicamos el Mtodo del Paso Directo

Paso 1 Se determin la profundidad normal del flujo.

0,211 = 1

0,017

0.80+2

0.80+2 1+2 2 0,000512 . 0.80 + 2

Por Solver se determina el valor de y n

= 0,32 Pas 2 Se determin la profundidad critica del flujo

0,211 2

9,81 =

0.80+2 3

0,80 + 2 2


28/31

Por Solver se determina el valor de y c

= 0,1659 Paso 3 Se determin la pendiente de flujo.

> = 0,32 > 0,1659 0 < Pendiente subcritica. Por lo anterior tenemos un perfil tipo M

(pendiente suave)

Paso 4 Determinar el control hidrulico

El control hidrulico se encuentra en el nivel mximo que alcanza elembalse en la entrega del canal. Este valor es de 10 m(cota 200 msnm)

Paso 5 Determinar el perfil de flujo de manera cualitativa y analizarcomo viaja la informacin.

Paso 6 Determinar el Perfil de flujo real

PARAMETRO VALOR UNIDADQ 0,211 m /s

n 0,017 -S o 0,005 -B 0,80 mZ 2 -Y c 0,165 mY n 0,32 m

Y Control-Hidraulico 10 m


29/31

Anexos

Fotos de clculos usando la herramienta computacional Hcanales.


30/31

5. CONCLUSIONES

Con lo visto anteriormente, se concluye que un sistema de acueducto es de suma

importancia para toda rea que en cuyo permetro se encuentre una poblacin debido que el agua

es la fuente de vida de todo ser humano. De acuerdo con el nmero de habitantes y las normas de

diseo RAS 2000 se pudo realizar el diseo de las estructuras de captacin y aduccin, cada

estructura con su caudal de diseo, Al igual que el sistema de deserenador y canal de conduccin.


31/31

6. BIBLIOGRAFIA

Acueducto, teora y diseo - Fredy Corcho Romero, Jos IgnacioDuque Serna

Ras 2000 Titulo B

Apuntes en Clase.

TALLER 1 ACUEDUCTO (1).pdf

Documents

Transcript of TALLER 1 ACUEDUCTO (1).pdf