Modulo Acueductos.pdf 134x5z

TABLA DE CONTENIDO

PAG. CAPITULO 1

21

UNIDAD 1: GENERALIDADES

23

1.1

Representación de un modelo de acueducto junto con un alcantarillado.

24

1.2

Periodo de diseño, clases.

24

1.3

Volúmenes de agua

25

1.4

Glosario de términos

26

1.5

Características del agua potable.

34

1.6

Aguas agradables.

35

1.7

Ingeniería sanitaria

35

1.8

Dureza del agua

36

1.9

Acidez y alcalinidad.

36

1.10

Enfermedades causadas por aguas contaminadas.

38

1.11 Bibliografía recomendada.

40

1.12

41

Autoevaluacion.

0

CAPITULO 2

PAG. 42

UNIDAD 2: CRITERIOS BASICOS PARA EL DISEÑO.

42

2.1

Hidrologia de diseño.

44

2.2

Población de diseño

45

a) b) c) d) e) f)

Estudio de población. Crecimiento geométrico. Crecimiento aritmético. Método de variación logarítmica. Método de comparación grafica. Ejemplo método logarítmico.

45 45 48 50 51 52

2.3

Periodo de diseño y vida probable de las estructuras.

64

2.4

Factores de importancia en la determinación del periodo y vida útil de las estructuras.

64

2.5

Bibliografía recomendada

67

2.6

Autoevaluacion.

68

CAPITULO III

69

UNIDAD 3: OBRAS DE CAPTACION.

69

3.1

Factores que deben tenerse en cuenta en la localización de las Obras de captación. 73

3.2

Clases de Bocatoma.

74

1. Bocatoma o captación. 2. Bocatoma con muro transversal.

1

74 79

3. Bocatoma lateral con bombeo.

80

4. Bocatoma mediante sifón invertido. 5. Bocatoma con flotador con manguera flexible. 6. Bocatoma com bombeo flotante. 7. Bocatoma deslizante. 8. Bocatoma de fondo.

82 84 85 86 88

3.3

Ejemplo de diseño de captación lateral.

97

3.4

Ejemplo de diseño de Bocatoma de fondo.

106

3.5

Bibliografía recomendada.

120

3.6

Autoevaluacion.

121

CAPITULO IV

122

UNIDAD 4: DESARENERADOR.

122

4.1

Zonas de un desarenerador.

131

4.2

Zona I: Cámara de agrietamiento.

132

4.3

Zona II: Entrada al desarenerador.

132

4.4

Zona III: Zona de sedimentación.

132

4.5

Zona IV: Almacenamiento de lodos.

132

4.6

Zona V: Salida del desarenerador.

132

4.7

Zona VI: Válvula de compuerta.

133

4.8

Zona VII: Tubería de rebose.

133 2

4.9

Zona VIII: Cámara de inspección.

133

4.10 Grado del desarenerador.

133

4.11 Numero de HAZEN.

133

4.12 Especificaciones de diseño.

134

4.13 Profundidad mínima y máxima.

134

4.14 Periodos de retención hidráulica.

135

4.15 Relación longitud-ancho.

135

4.16 Paso directo.

135

4.17 Profundidad de almacenamiento de lodos.

135

4.18 Carga hidráulica superficial y ejemplo de diseño del Desarenerador.

135

4.19 Bibliografía recomendada.

152

4.20 Autoevaluacion.

153

CAPITULO V

154

UNIDAD 5: ESTADISTICAS DE CONSUMO DE AGUA EN LAS LOCALIDADES.

5.1

Consumo.

156

5.2

Consumo domestico.

156

5.3

Tabla de consumo domestico.

156

5.4

Valores de consumo de agua. (Schock Listh).

157

3

5.5

Consumo industrial.

157

5.6

Perdidas.

157

5.7

Consumo por incendio.

158

5.8

Consumo publico; ejemplo.

158

5.9

Factores que afectan el consumo.

161

5.10 Consumo medio (Cm).

163

5.11 Consumo máximo diario (CMD).

163

5.12 Consumo máximo horario. (CMH).

163

5.13 Consumo per cápita.

164

5.14 Consumo futuro.

164

5.15 Consumo de diseño.

164

5.16 Ejemplo de calculo de caudal.

166

5.17 Bibliografía recomendada.

170

5.18 Autoevaluacion.

171

CAPITULO VI

172

UNIDAD 6: ABASTECIMIENTO DE AGUAS.

172

6.1

Influencia de las variaciones de consumo sobre el sistema.

4

174

6.2

La fuente de abastecimiento.

174

6.3

La obra de captación.

175

6.4

La línea de aduccion u obras de conducción.

175

6.5

Los tanques de almacenamiento.

175

6.6

La estación de bombeo.

176

6.7

La planta de tratamiento.

176

6.8

La red de distribución.

176

6.9

Ejemplo de calculo.

177

6.10 Clases de tubería.

178

6.11 Bibliografía recomendada.

180

6.12 Autoevaluacion.

181

CAPITULO VII

182

UNIDAD 7: LINEAS DE ADUCCION POR GRAVEDAD, EJEMPLO

182

7.1

Criterios para el diseño.

184

7.2

Carga disponible.

185

7.3

Gasto o caudal de diseño.

186

7.4

Carga estática disponible.

188

7.5

Clase de tubería capaz de soportar las presiones hidrostáticas.

188

Clases de tuberías en funcion de la presión.

189

7.6

5

7.7

Calculo de diámetros para el ejemplo.

195

7.8

Bibliografía recomendada

198

7.9

Autoevaluacion.

199

CAPITULO VIII

200

UNIDAD 8: CONDUCCIONES Y CARACTERISTICAS DE LA CONDUCCION.

200

8.1

Primera posición.

202

8.2

Segunda posición.

204

8.3

Tercera posición.

205

8.4

Cuarta posición.

206

8.5

Quinta posición.

207

8.6

rios en la conducción forzada.

208

1. Válvulas de purga, esquemas.

209

8.7

Tabla de los diámetros de las válvulas de purga.

209

8.8

Ventosas o válvulas de expulsión de aire, esquemas.

209

8.9

Válvulas de control.

212

8.10 Funcionamiento de la ventosa.

212

8.11 Materiales y presiones de trabajo.

212

8.12 Presiones máximas de trabajo.

213

6

8.13 Calculo de la línea de conducción.

213

8.14 Coeficientes de rugosidad.

214

8.15 Perdidas de carga.

214

8.16 Perdida de carga puntuales o menores.

214

-

Para cualquier rio. Para expansión brusca. Para contracción brusca. Para cambio de dirección. Para válvulas, llaves, codos, etc.

8.17 Ejemplo de coeficientes (K) de perdidas.

215

8.18 Selección del codo según la suma o diferencia de pendientes.

216

8.19 Ejemplo de diseño de la conducción: Bocatoma Desarenerador.

219

8.20 Ejemplo de diseño de la conducción: Desarenerador-Tanque. 222 8.21 Calculo del tanque de almacenamiento.

233

8.22 Bibliografía recomendada.

236

8.23 Autoevaluacion.

237

CAPITULO IX

238

UNIDAD 9: RED DE DISTRIBUCION

238

9.1

Regulación sobre presiones de servicio en la red.

240

9.2

Velocidad máxima en la red.

241

7

9.3

Velocidad mínima en la red.

241

9.4

Consumo máximo horario.

242

9.5

Numero de hidrantes.

242

9.6

Presiones de servicio.

243

9.7

Válvulas.

243

9.8

Velocidades de diseño.

245

9.9

Localización de la tubería de acueducto.

246

9.10 Tipo de mallado.

246

9.11 Ejemplo de caudal de diseño en la red.

247

9.12 Sistemas de gravedad.

247

9.13 Sistemas de bombeo.

248

9.14 Bombeo sin almacenamiento.

248

9.15 Calculo hidráulico de la red de Malla-Método de HARDY-CROSS.

248

9.16 Red de tuberías.

248

9.17 Ejemplo del Método de HARDY-CROSS.

250

9.18 Trazado de la red principal.

251

9.19 Centros de masa.

251

9.20 Conexiones domiciliarias.

252

9.21 Medidores.

253

9.22 Diafragmas.

253

9.23 Ejemplo de diseño de la red de distribución

254

8

9.24 Bibliografía.

263

9.25 Autoevaluacion.

264

CAPITULO X

265

UNIDAD 10: SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

265

10.1 Clasificación de los conductos

269

10.2 Disposición de la red de alcantarillado.

269

10.3 Sistema perpendicular con interceptor

269

10.4 Sistema abanico.

270

10.5 Sistema perpendicular sin interceptor

271

10.6 Sistema perpendicular con interceptor y aliviadero.

271

10.7 Sistema bayoneta

272

10.8 Alcantarillado sanitario y cálculos de población.

272

10.9 Densidad de población.

272

10.10 Caudal promedio para diseño

273

10.11 Coeficiente de retorno (Cr)

273

10.12 Aporte medio diario.

273

10.13 Variación del caudal.

274

10.14 Picos máximos

274

10.15 Aparatos sanitarios

275

9

10.16 Ejemplo (problema)

275

10.17 Aguas negras industriales

277

10.18 Aguas de infiltración.

277

1019 Tabla de infiltración.

277

10.20 Tabla de infiltración (según Insfopal)

277

10.21 Conexiones erradas.

278

10.22 Caudal comercial.

278

10.23 Caudal Institucional.

278

10.24 Coeficiente de rugosidad

278

10.25 Caudal de diseño

278

10.26 Velocidad de diseño

279

10.27 Diámetro mínimo

279

10.28 Diámetro de diseño

279

10.29 Profundidad mínima a la clave

279

10.30 Distancia entre pozos

279

10.31 Empates de tubería.

279

10.32 Pozos de inspección.

280

10.33 Diámetro del pozo (tabla)

280

1034 Esquema de un pozo de Inspección de aguas negras.

281

10.35 Planta del pozo de inspección (esquema)

282

10.36 Dimensiones de un pozo de inspección de aguas negras

283

10.37 Caída o cambio de pendiente

283 10

10.38 Cámara de caída (esquemas)

283

10.39 Diámetro de la cámara de caída (esquema)

284

10.40 Detalle de la cámara de caída (esquema)

285

10.41 Datos topográficos necesarios para un proyecto de Alcantarillado.

285

10.42 Diagrama de HAZEN-WILLIAMS

296

10.43 Diagrama de MOODY

297

10.44 Bibliografía recomendada

298

10.45 Auroevaluacion

299

10.46 Prueba final

300

11

INTRODUCCION GENERAL

Este modulo de acueductos y alcantarillados que se escribe con la finalidad de presentar una visión amplia en el diseño de acueductos y alcantarillados. No es un tema fácil pero tampoco muy difícil, es por eso que hemos querido presentar este modulo de tal modo que el estudiante entienda y analice muchos fenómenos importantes que tiene que resolver el Ingeniero. Es nuestro propósito producir un modulo de acueductos y alcantarillados de fácil manejo para los estudiantes de Ingeniería Civil (modalidad a distancia), con un ágil recurso de consulta para los estudiantes y profesionales con responsabilidades en proyectos de abastecimiento de agua. Es por eso que se desarrolla los capítulos en forma secuencial (aprovechamiento, conducción, distribución, etc.). No obstante somos consientes de que en el diseño de los componentes de un sistema de acueducto no se sigue esa secuencia. Se presenta en los diferentes capítulos, ejemplos que van de lo sencillo a lo mas complejo, de lo teórico a lo practico. Cada vez que se presento la necesidad,

12

PRESENTACION:

Para la Escuela de Ingenieros Militares es un orgullo presentar a los estudiantes de esta alma mater el presente modulo de Acueductos y Alcantarillados, cuidadosamente escrito y revisado con el propósito de que los estudiantes de Ingeniería Civil a distancia dispongan de una guía de estudio que los oriente el aprendizaje de esta materia tan importante para el desempeño de su carrera profesional.

En este modulo, además de las conceptos teóricos, se expondrán ejemplos prácticos de diseños en la línea de Acueductos y Alcantarillados, lo mismo que las normas generales de construcción de todas las estructuras que conforman un acueducto y un alcantarillado. Es para mi contar con todos ustedes. Para la generalización y comprensión del mismo y para dar mis mas sinceros sentimientos de gratitud. Es bien sabido que la mayoría de los habitantes de Colombia no disponen de agua potable para beber, para la higiene, razón por la cual se hace necesario la construcción de sistemas de acueductos y plantas de tratamiento de Acueductos. Al mismo tiempo se sabe que nuestro país es uno de los mas ricos y cubierto de agua dulce (Recursos hídricos), en relación con otros países y con su población.

13

PROPOSITO

El resultado de este modulo es orientar facilitar y guiar al estudiante para la comprensión, de que manera se diseñan las obras de acueductos y alcantarillados, lo mismo que el orden en que debe llevar los desarrollos del diseño para ser aplicados la servicio de una comunidad. Se hace necesario inducir al estudiante en la investigación de los nuevos campos y normas en el Diseño y construcción de obras de acueducto y alcantarillado.

14

METODOLOGIA

Como usted habrá de identificarlo, al iniciar el contenido de este modulo los contenidos presentados en el son de naturaleza teórico-practica. Esta situación, hace que usted sea cuidadoso en el estudio del mismo y vaya avanzando de manera muy precisa en cada una de las unidades que se plantean y explican la estructura de cada unidad y sus contenidos.

Por ello cada parte va encaminada a que la calidad del aprendizaje sea de gran competencia, y a que no pase a un conocimiento y experiencia nuevo sin antes haber captado con eficiencia los anteriores. Algo fundamental en el estudio de este modulo es que usted compruebe gradualmente y por su propia cuenta (cuando este ausente del tutor), los aprendizajes que vaya obteniendo, de ahí la exigencia que absorbe con cuidado cada una de las autoevaluaciones que se le proponen periódicamente al final de cada unidad, y las que se realicen de forma presencial. El texto fundamental para el estudio de esta asignatura es este modulo, sin embargo su aprendizaje será mejor si se apoya en otros textos de la bibliografía recomendada. Para una mejor orientación y comprensión usted estará en o con su tutor para aclaración de dudas, se tendrá en cuenta para la calificación, la aprobación escrita y sustentación personal de cada una de las autoevaluaciones, talleres, trabajos e investigaciones.

15

RECOMENDACIONES:

- Consultar textos en la materia para ampliar los conocimientos. - Leer cada una de las unidades con bastante claridad para poder abordar la siguiente. -Consultar periódicamente a su tutor. -Cumplir con las investigaciones y trabajos que se impongan. -Presentar con bastante honestidad cada una de sus autoevaluaciones preparando con bastante amplitud cada unidad.

16

PRUEBA INICIAL 1. Defina línea piezometrica 2. Defina línea de energías totales 3. Convertir una presión de 0.5 Kgf/ cm2 a: a. b. c. d.

Kgf /m2 Psi Metros de agua Atmósferas

4. Convertir una viscosidad de 0.012 Kgf.seg/ m2 a poises 5. Convertir una viscosidad de 12.2 Libt .seg/ pie2 a poises 6. Diferencie presión manométrica de presión barométrica 7. Si la presión absoluta de un punto es 0.5 atmósferas y la presión barométrica 500 mmHg, halle la presión manométrica (Pab = Pm + Pb) 8. Enuncie la segunda ley de Newton y como se representa 9. Una maquina de construcción eleva 8000 Kgf a una altura de 5 metros en un minuto. Halle a. Su trabajo b. Su potencia 10. Derive la funcion Ln (x2) = Tg2 (2x-x2) 11. En tuberías en serie, es cierto que los caudales son constantes y las perdidas acumulativas, si o no. 12. Las coordenadas de un punto P1, son: (-4, -3) y las de P2, son (8, 6), halle la pendiente de la línea Buena Suerte

17

INTRODUCCION GENERAL DEL MODULO Este modulo de acueductos y alcantarillados, se escribe con la finalidad de presentar una visión amplia en el diseño de acueductos y alcantarillados. No es un tema fácil, pero tampoco muy difícil, es por eso que hemos querido presentar el modulo de tal modo que el estudiante entienda y analice muchos fenómenos importantes que tiene que resolver el ingeniero. Es nuestro propósito, producir un modulo de acueductos y alcantarillados de fácil manejo para los estudiantes de ingeniería civil (modalidad a distancia), con un ágil recurso de consulta para los estudiantes y profesionales con responsabilidades en proyectos de abastecimiento de agua, por eso se desarrollan los capítulos en forma secuencial (aprovechamiento, conducción, distribución etc.) No obstante somos conscientes que en el diseño de los componentes de un sistema de acueducto no se sigue esa secuencia. Se presentan en los diferentes capítulos, ejemplos que van de lo sencillo a lo complejo, de lo teórico a lo practico, cada vez que se presente la necesidad. Se expusieron muchos principios de la mecánica de fluidos y la hidráulica de tuberías. De igual manera, se presentan normas vigentes de nuestro país, con los que se regulan los proyectos de abastecimiento de agua. De igual manera la parte de alcantarillado contiene las estructuras necesarias que conforman un sistema, sus usos, dimensiones y normas de aplicación, al igual las tablas de calculo total de una red de alcantarillado que contiene 37 columnas. En lo posible se ha utilizado en los problemas y formulas el sistema métrico (MKS) por su tendencia a universalizarse. Después de comprender el modulo, el estudiante deberá saber diseñar sistemas de tuberías, bocatomas, desarenadotes, tanques de almacenamiento, redes de distribución, alcantarillado de aguas negras y todas las demás estructuras hidráulicas que conforman los sistemas de acueductos y alcantarillados

18

OBJETIVO GENERAL DEL MODULO Reconocer que las ciencias y técnicas aplicadas a la distribución y uso del agua, engloban también su tratamiento y este alcanza cada vez mayor importancia debido a la progresiva alteración que se esta produciendo en el medio natural. Identificar y explicar los diferentes usos del recurso agua, su tratamiento etc. Identificar y conocer cada uno de los componentes de un sistema de acueducto y alcantarillado, su selección, como diseñarlo y distribuirlo para ser aprovechado Identificar y conocer cada uno de los componentes de un alcantarillado sanitario, como se seleccionan y se diseñan

19

OBJETIVOS ESPECIFICOS DEL MODULO Desarrollar en el estudiante una conciencia física del aprovechamiento del recurso “agua” Diferenciar entre un sistema de acueducto y un sistema de alcantarillado Entender los problemas técnicos que ocurren en las líneas de conducción por gravedad y por bombeo para el abastecimiento de agua en las ciudades, en las obras de toma, en los sitios de almacenamiento, los sitios de distribución (redes) etc. Aplicar los principios de la mecánica de fluidos, de la hidráulica general, la hidrologia en los sistemas de conducción de agua potable Reconocer los principios de sedimentación en los desarenadotes Estimar la importancia sanitaria de los sistemas de desinfección Desarrollar el diseño de un sistema de acueducto Desarrollar el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario Preparar a los estudiantes para entrar a la práctica profesional y las aplicaciones de la hidráulica general

20

CAPITULO 1 INTRODUCCION UNIDAD 1:

OBJETIVO GENERAL: Reconocer que las ciencias y técnicas aplicadas a la distribución y uso de agua engloban también su tratamiento, identifica cada una de las partes de un sistema de acueducto, el glosario de términos, el ciclo hidrologia ( su aplicación), las enfermedades de origen hídrico y como prevenirlas

21

OBJETIVO ESPECIFICO: Desarrollar en el estudiante una conciencia para el aprovechamiento del recurso “agua” Analizar sobre los volúmenes de agua que necesita una comunidad para sus necesidades Tener una visión clara de las enfermedades causadas por aguas mal tratadas

22

GENERALIDADES

El criterio general que se ha seguido para el desarrollo de los programas de abastecimiento de aguas (agua potable) y alcantarillados es el de procurara hasta donde sea posible, el tratar los temas en el orden en que se estudian al elaborar los proyectos. Cuando se desarrollan los temas, se citan las especificaciones adoptadas por el INSFOPAL (Instituto de Fomento Municipal), la EAAB (Empresa de Acueducto y alcantarillado de Bogota), la CAR (Corporación Autónoma Regional) y Las Empresas Públicas de Medellín, acompañadas de ejemplos numéricos. Dentro de la problemática del saneamiento básico de comunidades tiene enorme importancia el suministro de agua potable y la recolección de aguas residuales. Toda población por pequeña que sea debe contar con los servicios de acueducto (agua potable), alcantarillado (aguas negras) y pluviales (aguas lluvias), para esperar de ella un desarrollo un desarrollo social, cultural y económico, para quitar las tasas altas de mortalidad, creciendo así las infraestructuras necesarias para la población. Para suministrar agua a las comunidades, se hace de manera especial la construcción de obras hidráulicas (Bocatomas) para captar las aguas, la desarenacion (con desarenadores), las plantas de tratamiento (para purificar el agua), las recolecciones de agua (por tubería) y la distribución de las aguas tratadas en las respectivas localidades. De igual manera se hace necesaria la recolección de las aguas ya utilizadas (para la comida, aseo, etc.) en las obras de Alcantarillado. Esto se hace proyectando una gran red de colectores, y obras de complementarias (pozos de inspección, cámaras de caída), cajas etc. Para luego verterlas a un cuerpo receptor.

23

1.1 REPRESENTACION DE UN MODELO DE ACUAEDUCTO JUNTO CON UN ALCANTARILLADO

BOCATOMA

PLANTA DE TRATAMIENTO

DESARENERADOR

TANQUES

DISTRIBUCION DEL AGUA

CONDUCCION RECOLECCION DE AGUAS USADAS

VERTIENTE

CONDUCCION AGUAS ABAJO DE LA BOCATOMA

PLANTAS DE AGUAS RESIDUALES (TRATAMIENTO)

FIG 1

1.2 PERIODO DE DISEÑO Es el lapso en años para el futuro, para el cual se diseñan las obras de acueducto y alcantarillado. En este periodo influyen:

24

a) La rata de crecimiento de la población. b) c) d) e) f)

Posibles variaciones del poder adquisitivo de la moneda Vida probable de las estructuras. Facilidad de ampliación de las obras. Funcionamiento de las obras en los primeros años. Perfeccionamiento de los equipos.

Los periodos de Diseño fluctúan entre los 5 y los 100 años.

TABLA 1 CLASE

VIDA PROBABLE (años)

Tuberías de acueducto Acometidas Tuberías de alcantarillado Medidores Pozos profundos Vehículos Maquinaria y equipos Presas y grandes conducciones PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Con crecimiento bajo Con crecimiento alto

25-35 12-22 40-50 6-16 12-32 6 12-23 25-50

20-25 10-15

1.3 VOLUMEN DE AGUA La base para el diseño de las obras de acueducto, se basa en la cantidad de agua potable que le deba suministrar a la comunidad. Lo anterior debido a que los sistemas de acueducto y alcantarillado se construyen a veces con obras pequeñas y a veces grandes, tales como represas (embalses), conducciones (tuberías y canales), plantas de tratamiento (desinfección del agua), tanques de almacenamiento (para aprovisionamiento y reserva de agua), desarenadores (para decantar arenas y sólidos en suspensión). Entonces los diseños deberán satisfacer todas las necesidades de la población 25

Esto requiere el estudio de: b) Usos del agua c) Hidrologia (Estudio hidrológico de la región), con las áreas aferentes, cuencas hidrográficas, cálculo de las escorrentías superficiales y subterráneas. d) Estudio del ciclo hidrológico. e) Estudio de la evaporación de los cuerpos de agua. f) Estudio de la transpiración de las plantas. g) Estudio y calculo de la evapotranspiracion. h) Estudios metereologicos (lluvias, vientos, temperaturas, etc.) i) Periodo de diseño. j) Población de diseño.

Antes de analizar cada componente y su Interpretación en el conjunto, es conveniente establecer y analizar aquellas características que conforman los criterios de diseño: a) b) c) d)

Cifras de consumo de agua Periodos de diseño y vida útil de las estructuras. Variaciones periódicas de los consumos: Clases de tuberías y materiales a utilizar.

1.4 GLOSARIO DE TERMINOS

Agua potable:

Agua apta para el consumo humano.

Agua residual:

Agua servida o utilizada.

Agua Polucionada:

Agua negra sin tratar.

PH:

Potencial de Hidrogeno.

Evaporación:

Cantidad de agua que se evapora por el calor.

Transpiración:

Cantidad de agua expulsada por las plantas.

26

Evapotranspiracion:

Es la suma de la evaporación ya la transpiración.

Desarenador:

Tanque construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión por gravedad.

Línea divisoria de aguas: Línea que demarca el área de drenaje en la cuenca hidrográfica. Cuenca hidrográfica:

Porción de terreno que aporta escorrentía a una vertiente.

Escorrentía superficial: Cantidad de agua que corre por la superficie del terreno. Escorrentía subterránea: Cantidad de agua que se infiltra hacia grandes profundidades y luego escurre hacia un cuerpo de agua (río). RDE:

Relación del Diámetro Espesor en tubería.

Periodo de diseño:

Lapso en años para el cual se diseñan las obras.

Cámara de caída:

Tubería colocada antes de la llegada al pozo de inspección.

Pendiente:

Cambio de perfil del terreno.

Ciclo: Pluviométrica:

Que se repite varias veces. Estudio y calculo de las lluvias.

Hidrometría:

Estudio y calculo de las vertientes de agua.

Pozo de inspección:

Estructura cilíndrica o tronco cónicas para hacer la limpieza de las obras de aguas negras y para cambiar de dirección los colectores.

Cota:

Se refiere a un altura.

Cota clave:

Cota superior por encima de la tubería.

Cota batea:

Cota inferior por debajo de la tubería.

27

Densidad de población: Numero de personas que habitan una extensión de terreno. Litr./hab./día:

Litros por habitantes por día.

Alcantarillados de aguas negras:

Conjunto de obras que evacuan aguas de desecho (aguas negras).

Alcantarillado pluvial:

Conjunto de obras que evacuan agua lluvias.

LP:

Línea piezometrica. (p/ )

LET:

Línea de energías totales. (p/ +v²/2g)

Rapidez de flujo de volumen:

Cantidad de fluido que pasa por una sección durante un segundo, un minuto o una hora.

Rapidez de flujo de masa:

Cantidad de masa que pasa por una sección durante un tiempo determinado.

Rapidez de flujo de peso:

Cantidad de peso de fluido que pasa por una sección en un tiempo determinado.

Rodete:

Elemento transmisor de energía, consta de varios alabes.

Bocatoma:

Estructura que deriva el caudal de diseño o sea el caudal máximo de diseño.

Vertedero:

Estructura hidráulica caudal en un canal.

28

que

mide

el

Parshall:

Dispositivo que permite la medición del caudal en canales.

Consumo:

Volumen de agua utilizado por una persona en un día.

Galería de infiltración:

Sistema de intercepción de aguas subterráneas que fluyen hacia un río o un lago. Terreno pantanoso donde por efectos del nivel freático el agua se mantiene muy superficial.

Cienaga:

Red de distribución:

Conjunto de tuberías que suministran agua potable a los consumidores.

Cisterna:

Son sistemas de recolección almacenamiento de aguas lluvias.

Manantial:

Afloramiento subterránea.

Obra de captación:

Estructura utilizada pata captación de aguas.

Poliomielitis:

Parálisis infantil.

Filtro:

Dispositivo que retiene materiales.

Caudal de diseño:

Caudal con el cual se diseñan las obras de acueducto..

Correntometros o molinetes:

Equipos utilizados para medir la velocidad de la corriente d agua en una sección.

Aforar:

Es una medición del caudal en una corriente de agua.

Limnimetro:

Miras graduales, que miden los niveles en una corriente.

29

superficial

de

y

agua

Bomba hidráulica:

Maquina hidráulica transformar energía.

Tubería de succión:

Tubería que va del pozo a la bomba.

Tubería de impulsión:

Tubería que sale de la bomba conduce el fluido.

Altura estática de succión:

Distancia entre el nivel del agua en el pozo húmedo y el eje de la bomba. Es la diferencia entre el nivel de descarga de la bomba y el eje del rotor.

Altura estática de impulsión:

capaz

de

y

Altura de velocidad (v²/2g):

Energía cinética del fluido en cualquier punto del sistema.

Altura de presión ( P/ ):

Energía de presión del fluido cualquier punto del sistema.

Altura de pérdidas menores:

Altura de agua adicional para vencer las perdidas debidas a los rios (codos, llaves, válvulas, etc.)

Altura dinámica total:

Altura total contra la cual debe trabajar la bomba.

en

Presión relativa o manométrica (Pm): Presión causada por el fluido. Presión barométrica (Pb):

Presión atmosférica del lugar.

Presión absoluta (Pab):

Suma de la manométrica y barométrica de un lugar.

Psi:

Presión en el sistema ingles ( libra fuerza por pulgada cuadrada, lib/plg²)

Pa:

Presión en Pascales (Newton/m²)

KPa:

Kilo pascal.

Rpm:

Revoluciones por minuto, velocidad angular.

30

Coladera:

Malla que impide la entrada de cuerpos extraños que puedan dañar la bomba.

INSFOPAL:

Instituto de Fomento Municipal.

Profundidad Hidráulica (H):

Área de flujo (área mojada) dividida por el ancho de la superficie libre.

Válvula de Retención:

Permite el paso del agua en la dirección del bombeo y evita el flujo inverso. Facilita trabajos de reparación y limpieza de la válvula de retención.

Válvula de cortina:

Canal:

Estructura hidráulica que conduce agua a flujo libre.

Radio hidráulico:

Dimensión característica, es la relación entre le área mojada y el perímetro mojado.

Período de retención hidráulica:

Tiempo que tarda una partícula de agua en entrar y salir del tanque, comprendido entre 0.5 y 4 horas.

Peso especifico ( ):

Propiedad de un fluido, dado por kgf/m³.

Densidad absoluta (ρ):

Propiedad de un fluido, dado por kgm/m³.

Viscosidad:

Propiedad de un fluido, que se opone al movimiento del mismo.

Densidad relativa:

Es una relación entre el peso específico de un fluido y el peso específico del agua a 4º C, es adimensional.

Válvula de Purga:

Son válvulas que facilitan las labores de limpieza de la tubería de conducción, colocadas en las partes bajas.

31

Ventosas:

Válvulas de expulsión o isión de aire de funcionamiento automático, ubicados en los puntos altos de la conducción.

Codo:

rio que permite el cambio de dirección en una conducción.

Anclaje:

Muro que sostiene la tubería en una curva. Efecto de choque violento o sobre presión súbita, sobre las paredes del conducto por le cierre repentino de una válvula.

Golpe de Ariete:

Celeridad (C):

Es una velocidad.

Hidrante:

Aparato que provee agua en caso de incendio.

Emisario final:

Conduce todo el caudal de aguas residuales o lluvias a su punto de entrega.

Tratamiento convencional:

Para potabilizar agua los siguientes procesos y operaciones: coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección.

Vertimiento líquido:

Es cualquier descarga liquida hecha a un cuerpo de agua o a un alcantarillado.

Lodo:

Es la suspensión de un sólido en un líquido proveniente del tratamiento de aguas, residuos líquidos u otros similares.

Toxicidad:

Propiedad que tiene una sustancia, elemento o compuesto de causar daños a la salud humana o la muerte a organismos vivos.

32

Agua cruda:

Es aquella que no ha sido sometida a procesos de tratamiento.

Contaminación del agua:

Es la polución de esta que produce o puede producir enfermedades o la muerte al consumidor.

Análisis físico-químico del agua:

Es aquel que se efectúa para determinar la presencia tipo y cantidad de bacterias.

Muestra instantánea de agua:

Es la tomada en el lugar representativo, en un determinado momento.

Escherichia Coli (E-Coli, coli fecal): Bacilo gramnepatido, que no forma esporas que fermenta la lactosa con producción de acido y de grasa a 44.5º C. Norma de calidad del agua:

Valor isible o deseable. Establecido para algunas características presentes en el agua.

Tratamiento:

Conjunto d operaciones y procesos unitarios que se realizan sobre el agua cruda para modificar sus características físicas, químicas y bacteriológicas.

Sistema de suministro de agua:

Comprende las obras, equipos y materiales empleados para la conducción, tratamiento, almacenamiento y distribución del agua para el consumo humano desde la fuente hasta la entrega al .

Fuente de abastecimiento:

Es todo recurso de agua susceptible de ser utilizado por un sistema de suministro de agua.

33

Planta de Tratamiento:

Conjunto de obras, equipos y materiales necesarios para efectuar los procesos y operaciones unitarias que permitan obtener agua potable.

Per cápita:

Por cabeza, por individuo.

1.5 CARACTERISITCAS DEL AGUA POTABLE, ENFERMEDADES DE ORIGEN HIDRICO. El agua para consumo humano debe cumplir: 1) Que sea saludable 2) Que sea agradable Ser saludable, es decir: a) No contaminada b) Libre de materias toxicas o venenosas. c) Libre de cantidades excesivas de minerales y materia orgánica. Casos en el que el agua puede ser toxica

a) Por contaminantes naturales como: arsénico, boro, fluor (en altas proporciones) b) Contaminantes de origen vegetal, como: plantas toxicas y acuáticas (en sitios pantanosos). c) Contaminación adquirida: por estructuras mismas de acueducto. d) Contaminantes por descarga de residuos industriales en las fuentes de captación.

1.6 Aguas Agradables:

34

Para que el agua sea agradable debe tener ciertas características como: a) La turbiedad:

Depende o es causada por las materias orgánicas en suspensión, como: arcillas, limos, arenas finas, materia coloidal, etc.).

b) El color:

No produce daños al organismo, es producida por el oxido del hierro.

c) Olores:

Producidos por la materia orgánica que se disuelve en el agua, ej.:el fenol que es toxico. Sabor: el cloro produce sabor pero no es perjudicial.

d) Temperatura:

No se puede controlar, la temperatura ideal para el es de 15º C

Para controlar la turbiedad, el color, el sabor, se debe tener en cuenta: a) La coagulación. b) La sedimentación. c) La filtración.

1.7 Ingeniería Sanitaria: Conjunto de obras ligadas que la ser aplicadas guardan estrecha relación con la higiene publica. Se debe amoldar el medio al hombre, por medio de acueductos, alcantarillados, disposición de aguas usadas. También se debe amoldar el hombre al medio teniendo en cuenta: a) Vacunas preventivas. b) Medidas preventivas de salud. El hombre utiliza el recurso del agua y la toma del ciclo hidrológico, así:

35

PRECIPITACION EN FORMA DE LLUVIA

EVAPORACION EVAPORACION EVAPORACION

RIO

INFILTRACION

LAGO

MAR

CORRIENTE SUBTERRANEA

ESTRACTO IMPERMEABLE

FIG. 2 1.8 Dureza del agua: Es producida por bicarbonatos de aluminio o de magnesio, una característica de la aguas duras “es que los alimentos que se cocinan con ellas duran mucho para cocinarse y hay mas gasto de energía, otra característica es que los recipientes donde la contienen al poco tiempo resultan perforados o corroídos. La dureza del agua se mide en miligr./litro. El agua para consumo debe tener 0.2 miligr./litro de dureza.

36

1.9 Acidez y alcalinidad del agua: Estas se miden por el PH (potencial de Hidrogeno), o sea la concentración del Ion hidrogeno en el agua. El agua buena esta entre 6.3 y 7.5 de PH. La acidez va de 0 a 7 de PH. La alcalinidad de 7 a 14 de PH.

14

7

0

Alcalinidad

PH (neutro)

Acidez

La acidez se produce por acido carbónico. Las aguas acidas son corrosivas y acaban con las Tuberías. La alcalinidad se produce por bicarbonatos de aluminio e hidróxidos sodio y de potasio. El control de alcalinidad y acidez se controla con la “cal” que hace tender el agua a su punto neutro. “Las aguas duras” son las que tienen Hg, Ca, Fe y Al. El agua con poco yodo y fluor no es muy recomendable para el organismo.

37

La materia orgánica no es nociva al organismo, pero le causa olor y color desagradables al agua.

1.10 ENFERMEDADES CAUSADAS POR AGUAS CONTAMINADAS

1) El cólera; producido por la bacteria “Vibrio Comma”. 2) Disentería amebiana: Producida por el protozoo unicelular “Entamoeba Histolica” 3) Parálisis Infantil: Producida por el virus de la poliomielitis, que ataca el sistema nervioso. 4) Dolor estomacal y diarrea (Ecoli-Colifecal): Producida por la entamoeba Coli. 5) Amebiasis: Producida por protozoos. 6) Virus: Enfermedades tales como la hepatitis. 7) Fiebre Tifoidea: Producida por el bacilo Eberth. 8) Parasitismo intestinal: Virus. 9) Gastroenteritis: Microorganismos. 10) Hepatitis infecciosa: Virus. 11) Disentería bacilar: Genero Shigelia. El cólera, de 1 a 4 micrones de largo y 0.2 a 0.4 micrones de diámetro, su periodo de vida en aguas residuales es muy corto, pero en agua naturales no contaminadas es de 1 a 2 semanas y puede llegar hasta 1 mes según sea la calidad del agua, enfermedad infectocontagiosa por lo común endémica, se adquiere por la ingestión de comida o agua, periodo de incubación típico de 3 días.

38

La disentería amebiana llamada también amebiasis o colitis amebiana es causada por el protozoo unicelular Entamoeba Histolica, el cual agrupado en quistes es muy resistente. Se adquiere al ingerir alimentos contaminados o agua contaminada, su periodo de incubación es de 1 a 3 días pero puede llegar a 4 semanas. La parálisis infantil, llanada también poliomielitis, causada por el virus de la poliomielitis . Este tipo de virus es bastante resistente pero puede ser inactivado con una dosis de 0.05 mg/L de cloro libre (en ausencia de materia orgánica). El virus ataca el sistema nervioso central y causa la parálisis de las extremidades inferiores. Generalmente ataca la población infantil (1 a 16 años). El periodo de incubación es de 1 a 2 semanas.

Las medidas preventivas son las mismas para todas las enfermedades:

a) Suministro de aguas potables (por los acueductos) con calidad química y bacteriológica. b) Adecuada disposición de excretas (materia fecal) por medio de alcantarillados. c) Limpieza de alimentos y pasteurización de la leche. d) Control permanente de la calidad del agua. e) Educación del público, de higiene personal y jornadas de vacunación.

39

1.11 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Legislación ambiental, decreto 2105/83, calidad y potabilizacion del agua. Ley 142/94, servicios públicos domiciliarios.

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ministerio Prensa del Medio Oficial Ambiente

40

Consulta

Consulta

Consulta

1977

Consulta

1.12 Autoevaluacion: UNIDAD I

1) Explique el ciclo hidrológico, ayudado de un esquema. 2) Defina brevemente: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.

Evaporación Evapotranspiracion Agua potable Desarenador Escorrentía superficial Cota batea Cota clave RDE Agua polucionada Hidrante

3) ¿Qué virus produce la poliomelitis? 4) ¿Qué protozoo produce la disentería amebiana?. 5) ¿Qué estructuras conforman un acueducto?.

41

CAPITULO 2 UNIDAD 2: CRITERIOS BASICOS PARA EL DISEÑO

OBJETIVO GENERAL Reconocer que las ciencias técnicas aplicadas a la distribución y uso del agua engloban también su tratamiento. Identifica también como aprender los criterios de cálculo de población y sus diferentes métodos para que el estudiante tenga un amplio conocimiento de estos

42

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Tener un concepto claro de los criterios para el diseño de un acueducto Aprender a calcular la población de diseño con cualquiera de los métodos expuestos Aprender el periodo de visa útil de un acueducto Entender y aprender el proceso comparativo del cálculo de población de diseño por el método de comparación grafica

43

INTRODUCCION

Al iniciar el planteamiento de un programa de acueducto es necesario establecer y analizar las características que conforman los criterios de diseño: - Disponibilidad en cantidad y calidad de agua que se suministra por el acueducto, es la base del diseño de las estructuras hidráulicas, esto hace necesario el estudio de factores tales como: a) b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Uso del agua Hidrologia de diseño Población de diseño Periodo de diseño y vida probable de las estructuras Área de diseño Usos e inversión del capital Disponibilidad en cantidad y calidad del agua Estadística de consumo de agua en las localidades Variación periódica de los consumos Calidad de los materiales a utilizar en las obras.

USOS DEL AGUA: Determinar si es para uso: domestico, industrial, público o institucional, ya que cada uso de estos tiene una demanda diferente.

2.1 HIDROLOGIA DE DISEÑO

Se hace necesario el estudio hidrológico de la cuenca hidrográfica de donde vamos a tomar la captación de agua y el estudio de los aportes de agua de las áreas aferentes o áreas de drenaje que alimentan la vertiente seleccionada.

44

2.2 POBLACION DE DISEÑO

a) Estudio de población: El tamaño de un sistema de abastecimiento depende de diversos factores tales como: el periodo de diseño, la rata de crecimiento poblacional, la capacidad de endeudamiento de la entidad que va a construir y istrar las obras. El periodo de diseño a la vez esta condicionado entre otros por el crecimiento poblacional.

Para estudiar la población futura es necesario estudiar las características sociales, culturales y económicas de sus habitantes en el pasado y en el futuro. El numero de habitantes de una localidad puede crecer por nacimientos e inmigraciones, también decrece por muertes y emigraciones. El problema del numero de habitantes futuros esta sujeto a cierto numero de variables difíciles de predecir, por lo tanto solo puede determinarse de una manera aproximada. La base de cualquier tipo de proyección de la población son los censos. En Colombia se disponen de los censos de julio 5 de 1938, mayo 9 de 1951, julio 15 de 1964, octubre 15 de 1985 y censo del año 2005. La selección del método de proyección de la población depende de la cantidad de datos disponibles. Los métodos mas frecuentemente utilizados son: b) CRECIMIENTO GEOMETRICO (rata de crecimiento a porcentaje uniforme) Este se presenta cuando el aumento de la población es proporcional al tamaño de esta. Se usa el mismo método que en el interés compuesto: Sea

Pf= población futura Tf=años de la proyección en el futuro Tuc= año del ultimo censo

45

Puc= Población ultimo censo.

(Tf-Tuc) Pf= Puc ( 1+r)

Donde r= tasa o rata de crecimiento anual. NOTA: Esta formula se compara con la de interés compuesto utilizada en matemáticas financiera:

n M= C(1+r)

M= monto o capital acumulado C=capital prestado r= tasa de crecimiento anual, (r=it; i=r/t) n=numero de años Tomando logaritmos de ambos lados, se tiene: Ln Pf= Ln(Puc)+(Tf-Tuc)Ln(1+r)

(1)

Ln (1+r)= (Ln Pf- Ln (Puc))/(TF-Tuc)

Si se reemplazan los valores del ultimo censo y del censo inicial, se obtiene una tasa de crecimiento anual así:

Ln (1+r)= (Ln Puc- Ln (Pci))/(Tuc-Tci)

46

Una vez calculado Ln (1+r), entonces reemplazamos en la ecuación (1) para tener la población final o la proyección de la población. También podemos tener las siguientes ecuaciones: dp/dt=rp Separando términos se tiene: dp/p=r dt Integrando P

∫ (dp/p)= ∫ P1

n

P

r dt; 0

Ln P]

n = rt ]

P1

0

Ln (P) –Ln (P1) = r(n) Ln (P/P1)= rn rn (P/P1)= e

rn P=P1 e

P= población futura o proyectada P1= Población inicial e= numero de Euler=2.717 r=tasa de crecimiento anual n= numero de años

Si escribimos rn e

n = (1+r)

47

rn Ln e= n Ln (1+r) r= Ln (1+r) rn n Luego e = (1+r) n Finalmente P=P1(1+r)

c) Método de crecimiento aritmético

Cuando el crecimiento de la población es constante e independiente del tamaño de esta, el crecimiento es aritmético o lineal. Este método requiere que la población aumente con una rata constante, es decir que a la población actual del ultimo censo se le adicione un numero fijo de habitantes por cada periodo en el futuro. Gráficamente se representa por una grafica lineal. Este método es aplicable a pequeñas localidades, en especial rurales y ciudades grandes con crecimiento muy estabilizado y que posean áreas de desarrollo futuro casi nulas. Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y la emigración. La ecuación es: dP/dt=Ko dP= Ko dt Integrando ambos términos:

∫ dP= Ko ∫ dt P1

t1

P] = Ko [t] Po to P1-Po = Ko [t1-to] Ko= (P1-Po)/(t1-to) Ko= (P1-Po)/m 48

m= periodo intercensal to= año correspondiente al censo Po Ko= Constante o rata de crecimiento aritmético t1= año correspondiente al censo P1

Entonces la población final al periodo de diseño, es:

P= P1+n[(P1-Po)/m] n= Periodo comprendido entre el ultimo censo considerado y el ultimo año del periodo de diseño.

También si llamamos:

P1=Puc Po=Pci t1= Tuc to=Tci P=Pf Tenemos que: Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci) Donde

Ko= pendiente de la recta, constante Puc= Población del ultimo censo Tuc= Año del ultimo censo Pci= Población del censo inicial Tci= Año del censo inicial

Luego, la población final (Pf) el periodo de diseño es: Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc) Donde

Pf= Población proyectada Tf= año de la población en el futuro.

49

d) Método de la variación logarítmica Es un crecimiento de tipo exponencial. Si se expone la ecuación diferencial: dP/dt=KP Separando términos:

dP/P= K dt P2 t2 ∫ dP/P = K ∫ dt P1 t1 P2 t2 Ln P] = K[t] P1 t1

Ln P2-Ln P1 = K [t2-t1] K= (Ln P2-Ln P1)/(t2-t1)

Haciendo dos periodos de tiempo cualquiera entonces:

K= (Ln P-Ln Pca)/(T-Tca)

= Censo posterior Ca= Censo anterior Finalmente obtenemos la ecuación de la proyección de población:

Ln Pf= Ln Pci+ K (Tf-Tuc)

50

e) Método de la comparación grafica

Este método exige un amplio conocimiento tanto de la población en estudio como de las poblaciones con las cuales se hace la comparación. Luego hacemos una comparación de manera grafica con unas tres poblaciones con determinadas características. Es necesario que las poblaciones escogidas hayan alcanzado en años anteriores la población actual de la ciudad en estudio y es absolutamente indispensable que la tendencia de crecimiento de la ciudad en estudio sea similar a la de aquellas por razones económicas, sociales, geográficas y políticas. Operando con poblaciones de las siguientes características tenemos: Población I: Es la ciudad que vamos a trabajar o estudiar. Población II: Es una ciudad localizada en la misma región pero que tiene similitud con la población I, en tamaño, clima, costumbres, comercio, etc. Población III: Es una ciudad que esta en la misma región con igual similitud, pero con un mayor numero de habitantes respecto a la ciudad I Población IV: Es una ciudad de otra región de la misma nación (país), pero que supera en habitantes a la población I. Entonces se procede así: Es un sistema coordenado tomando los años por las abscisas y la población por las ordenadas, se dibujan las graficas correspondientes de las poblaciones respecto de las cuales se va a comparar incluyendo la grafica d la población I. Desplazamos luego paralelamente hasta el último censo la población I, cada una de las graficas de crecimiento de las poblaciones II, III, IV.

51

Finalmente tomamos como población I, el promedio de los valores de las poblaciones de las 3 graficas desplazadas y prolongadas.

f) Ejemplo: Los datos de población para una ciudad son: Año 1985= 30000 hab Año 1995= 50000 hab Calcular la población para el año 2005 por el método aritmético.

Llamando

Tci= 1985, Tf= 2005= año de proyección Tuc= 1995 Pci= 30000 hab Puc= 50000 hab Tf= 2005= año de la proyección

Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci) Ko= (50000-30000)/(1995-1985) Ko=20000/10 Ko= 2000

Aplicando

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc) Pf= 50000+2000(2005-1995) Pf= 50000+20000 Pf= 70000 hab, población para el 2005

Si resolvemos el anterior problema por el método geométrico, se tiene:

52

Ln (1+r)= (Ln Puc-Ln Pci)/(Tuc-Tci) Ln (1+r)= (Ln 50000-Ln 30000)/(1995-1985) Ln (1+r)= (10.819778-10.308952)/10 Ln (1+r)= 0.510825/10 Ln (1+r)= 0.0513825

Reemplazando este valor en la ecuación

Ln (Pf)= Ln (Puc)+(Tf-Tuc)* Ln (1+r) Tenemos:

Ln (Pf)= Ln 50000+(2005-1995)*0.0510825 Ln (Pf)= 10.819778+0.510825 Ln(Pf)=11.330603 Pf= ant Ln (11.330603) Pf= 83333 Hab Podemos promediar estos dos cálculos para mayor aproximación, entonces:

Pf= (70000+83333)/2 Pf= 76667 Hab, población para el año 2005

Ejemplo: Resolver aplicando el método logarítmico, la población futura de los siguientes datos:

53

Año: 1983; 35000 hab

Año: 1995; 48000 hab Calcular la población para el año 2008

K= (Ln P-Ln Pca)/(T-Tca) K= (Ln 48000-Ln 35000)/(1995-1983) K=(10.778956-10.463103)/12 K= 0.315853/12 K= 0.026321 ▲

Ln (Pf)= Ln Pci+ K (Tf-Tuc) Ln (Pf)= Ln 35000+0.026321 (2008-1995) Ln (Pf)= 10.463103+0.023321 (13) Ln (Pf)= 10.463103+0.342173 Ln (Pf)= 10.805276

Pf= 49280 hab, población para el 2008.

Ejemplo:

Calcular aplicando el método aritmético Año del censo

Pci

Octubre 24/1973

37362 hab

Puc

Octubre 12/1985

48300 hab

Calcular la población en Junio 30 de 2012

54

AÑO

MES

DIA

1985

10

12 -- 1984

22

12 - 1984 21

1973

10

24 --

10

24 1973 10 24 -----------------------

Entonces tendremos 11 días=11.9834 años

1973

años+

11 11 18 11 meses+18 días; o sea: 11+354

Tci= 24 oct/1973, Tf= junio 30/2012 Tuc= 12 oct/1985 Pci= 37362 hab Puc= 48300 Hab

Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci) Ko= (48300-37362)/11.9834 Ko=912.762655 Entonces:

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc) Calculamos Tf-Tuc, asi:

2012 1985

06 10

30- 12-

42

2011 18 30 1985 10 12 -- ----------------------------------------26 8 18

26 años+262 dias= 26.72778 años Explicación: Son 26 años, 8 meses y 18 días Los 8 meses son: 4*30= 120 días 4*31= 124 días -------------55

244 día+18 días= 262 días Luego tenemos: 26 años y 262 días 262/360= 0.72778 años Tiempo total= 26+0.72778=26.72778 años Finalmente Tf-Tuc= 26.72778 años Pf=Puc+Ko(26.727778) Pf=48300+912.762655(26.72778) Pf=48300+24396.12= 72696 hab. Calculando por le método logarítmico se tiene: Ln(1+r)=(Ln 48300-Ln 37362)/(11.9834) Ln (1+r)= (10.78518684-10.5284094)/(11.9834) Ln(1+r)= 0.2567774/11.9834 = 0.0214277 Aplicando la expresión: Ln Pf= Ln 48300+(26.72778))0.0214277) Ln Pf= 10.78518684+0.572715 Ln Pf= 11.3579 Pf= 85639 hab. Población promedio (Pf)= (72696+85639)/2 Pf= 79168 hab. Finalmente tenemos: Pf= 79168 hab, población para junio 30 de 2012. Ejemplo: Resolver por el método de comparación grafica, con los siguientes datos de los censos desde 1938 hasta 2005, haciendo la proyección para 10 años, previendo 2 etapas de 5 años cada una, a partir de la fecha 2006

56

AÑO (CENSOS)

POBLACION

1938 1951 1964 1973 1986 2005

20000 30000 40000 60000 70000 80000 POBLACION EN MILES DE HABITANTES

AÑO

CIUDAD I

CIUDAD II

CIUDAD III

CIUDAD IV

1938 1951 1964 1973 1986 2005

20 30 40 60 70 80

25 38 55 70 80 90

30 45 60 75 85 95

38 50 68 80 95 100

120 100 80

I II

60

III IV

40 20 0 1938

1951

1964

1973

1986

2005

FIG 3

Los resultados obtenidos en las proyecciones de las poblaciones son:

57

POBLACION EN MILES DE HABITANTES LINEAL GEOMETRICO LOGARITMICO

AÑO 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

80896 81791 82687 83582 84478 85373 86269 87164 88060 88955 89851

81630 82294 84992 86724 88491 90295 92135 94013 95729 97884 99879

98936 100874 103268 105718 108227 110795 113425 116115 118870 121691 124578

Como se pide para dos periodos de 5 años cada uno, tenemos el resumen de población asi:

AÑO 2006 2011 2016

POBLACION EN MILES DE HABITANTES GRAFICO LINEAL GEOMET. LOGARIT. 81000 83000 84000

80896 85373 89851

81630 90295 99879

Si calculamos por el método Lineal, se tiene: ▲ Tf= 2006 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 1.0 Puc= 80000 Pf= Puc+ko(Tf-Tuc) 58

98536 110795 124578

PROMED. 85516 92407 99577

Pf=80000+ko(1.0) Ko=(Puc-Pci)/(Tuc-Tci) Ko=(80000-20000)/(2005-1938) Ko=60000/67 Ko=895.52

Aplicando la ecuación:

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc) Pf= 80000+895.52(2006-2005) Pf= 80000+895.52(1) Pf=80896 hab. ▲Tf= 2007 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2007-2005= 2 Pf= 80000+895.52(2) Pf= 80000+1791 Pf=81791 hab ▲ Tf= 2008 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2008-2005= 3 Pf= 80000+895.52(3) Pf= 80000+2687 Pf=82687 hab ▲ Tf= 2009 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2009-2005= 4 59

Pf= 80000+895.52(4) Pf=83582 hab. ▲ Tf= 2010 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2010-2005= 5 Pf= 80000+895.52(5) Pf=84478 hab ▲ Tf= 2011 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2011-2005= 6 Pf= 80000+895.52(6) Pf=85373 hab ▲ Tf= 2012 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2012-2005= 7 Pf= 80000+895.52(7) Pf=86269 hab ▲ Tf= 2013 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2013-2005= 8 Pf= 80000+895.52(8) Pf=87164 hab ▲ Tf= 2014 Tuc= 2005

60

Tf-Tuc= 2014-2005= 9 Pf= 80000+895.52(9) Pf=88060 hab ▲ Tf= 2015 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2015-2005= 10 Pf= 80000+895.52(10) Pf=88955 hab

▲ Tf= 2016 Tuc= 2005 Tf-Tuc= 2016-2005= 11 Pf= 80000+895.52(11) Pf=89851 hab Aplicando el método geométrico, se tiene:

Ln Pf= Ln Puc+(Tf-Tuc)Ln (1+r) Tf-Tuc= 2006-2005= 1.0 Ln (1+r)= (Ln Puc-Ln Pci)/(Tf-Tuc) Ln(1+r)=(Ln 80000-Ln 20000)/(2006-1938) Ln(1+r)= (11.289782-9.903488)/68 Ln(1+r)= 0.02038 (1+r)= 1.02038 r= 0.02038

61

(Tf-Tuc) ▲ Pf= Puc (1+r) 1 Pf= 80000(1+0.02038) Pf= 81630 hb ò Ln Pf= Ln Puc+(Tf-Tuc) Ln (1+r) Ln Pf= Ln 80000+(1)(0.02038) Pf= 81630 hab. ▲ Tf-Tuc= 2007-2005=2 Tuc-Tci= 68 r= 0.02038 2 Pf= Puc (1+r) 2 Pf= 80000 (1.02038) Pf= 83294 hab

▲ Tf-Tuc= 2008-2005= 3 Tuc-Tci= 68 r= 0.02038 3 Pf= 80000 (1.02038) Pf= 84992 hab

▲ Tf-Tuc= 2009-2005=4

62

Tuc-Tci= 68 r= 0.02038 4 Pf= 80000 (1.02038) Pf= 86724 hab Y asi sucesivamente.

Aplicando método logarítmico, se tiene: K=(Ln P-Ln Pca)/(T-Tca) K1= (Ln 30000-Ln 20000)/(1951-1938) K1=0.03119 K2= (Ln 40000-Ln 30000)/(1964-1951) K2= 0.022129 K3= (Ln 60000-Ln 40000)/(1973-1964) K3= 0.0450516 Y asi sucesivamente Posteriormente obtenemos el promedio asi:

K(Prom.)=(0.03119+0.022129+0.0450516+0.011858+0.00702795)/5 K(Prom.)=0.0234516

Aplicando la formula: ▲Ln (Pf)= Ln Pci+k(prom)(Tf-Tuc) Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(2006-1938) Pf= 98536 hab.

63

▲Tf=2007 Tuc= 1938 2007-1938=69 Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(69) Pf= 100874 hab.

▲Tf=2008 Tuc= 1938 2008-1938=70 Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(70) Pf= 103268 hab. Y asi sucesivamente. 2.3 Periodo de diseño y vida probable de las estructuras 2.4 Factores de importancia en esta determinación son: 1) Durabilidad o vida útil o probable de las estructuras. Todo material se deteriora con el uso y con el tiempo pero su resistencia a los esfuerzos y daños a los cuales esta sometido es variable. Ejemplo: cuando se habla de tuberías encontramos distintas resistencias al desgaste por erosión, fragilidad, corrosión. Todas las obras que constituyen un sistema de acueducto como son: bocatoma, desarenerador, tuberías, plantas de tratamiento, tanques, rios, bombas, etc., tiene resistencia Fìsica variable y entonces hay que analizar la vida útil de cada una de ellas.

VIDA PROBABLE DE ESTRUCTURAS Y EQUIPOS

TABLA 2 Represas y túneles Acometidas Tubería de acueducto Plantas de Tratamiento considerar ampliaciones)

50 a 100 años 10 a 20 años 25 a 30 años 22 a 32 años

(sin

64

Pozos profundos Estaciones de bombeo Estructuras y edificios hormigón y metal

10 a 30 años 10 a 16 años 30 a 50 años

de

2) Facilidades de construcción y posibilidades de ampliación La fijación de un periodo de diseño esta íntimamente ligada a factores económicos. En todo proyecto de abastecimiento de agua es de suma importancia estudiar la posibilidad de proyectar la obra por etapas. Esta condición permite asignar un periodo de diseño para las componentes iniciales menor que el periodo de diseño acumulado, cuando se cumple la ultima etapa. La asignación de un periodo de diseño ajustado a criterios económico estará regido por la dificultad o la facilidad de su construcción. 3) Rata de crecimiento de población de la localidad. Cuando la población es estudio tiene una rata de crecimiento alta se hace necesario proyectar y construir el sistema definitivo en una sola etapa. Las razones de durabilidad y resistencia al desgaste físico es indudable que represente un factor importante para realizar un mejor diseño, adicionalmente de debe hacer las estimaciones de interés y de costo capitalizado para que pueda aprovecharse mas útilmente la inversión hecha. Generalmente los sistemas de abastecimiento se diseñan y construyen para suplir una población mayor que la actual en un futuro. 4) Rata de interés de préstamo para la construcción. Las ciudades y municipios para construir y pagar los contratos de construcción de acueductos recurren a prestamos de los bancos. Si los intereses son bajos se prefiere construir la obra en una sola etapa. Si los intereses son altos se aconseja construir la obra en varias etapas.

65

5) Variaciones del poder adquisitivo de la moneda A mayor inflación menor será el tamaño del proyecto y por ende el periodo de diseño.

6) Funcionamiento de las obras en los primeros años. El sobredimensionamiento de los componentes del sistema ocasiona periodos de diseño altos y un mal funcionamiento de los mismos.

66

2.5 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Legislación ambiental, decreto 2105/83, calidad y potabilizacion del agua. Ley 142/94, servicios públicos domiciliarios.

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ministerio Prensa del Medio Oficial Ambiente

67

Consulta

Consulta

Consulta

1977

Consulta

2.6 Autoevaluacion: UNIDAD 2

1) Realice un cuadro diferencial entre el método logarítmico, aritmético y geométrico, para calculo de población futura. 2) Que se entiende por vida probable de una estructura. 3) Resuma los factores de importancia en la determinación del periodo y vida útil de las estructuras. 4) Los datos de una población para una localidad son: Año 1980-- 50000 hab. Año 2000- 60000 hab. Determine la población para el año 2005, aplicando método aritmético y geométrico.

5) Que entiende por acidez y por alcalinidad 6) Nombre dos enfermedades de origen hídrico y diga que bacteria la produce.

68

CAPITULO III

UNIDAD 3: OBRAS DE CAPTACION.

OBJETIVO GENERAL: Reconocer que las ciencia técnicas aplicadas a la distribución y uso del agua, engloban también su tratamiento. Identifican cada una de las partes de un acueducto, las obras de captación, su uso, su utilización y ubicación.

69

OBJETIVO ESPECIFICO:

-Que el estudiante diferencie cada una de las obras de captación. -Orientar al estudiante en el diseño de las bocatomas laterales como las de fondo. -Aprender a localizar las bocatomas según el caso. -Aprender al redimensionamiento de las bocatomas de acuerdo al caudal de diseño.

70

INTRODUCCION.

Se conoce con el nombre de obras de captación las estructuras que se colocan directamente sobre las fuentes superficiales o subterráneas que se han seleccionado como económicamente utilizables para surtir una red de acueducto. Las obras de captación en los ríos deben proyectarse en los tramos rectos del río o en la parte exterior de las curvas ( a fin de evitar que la captación se cólmate de sedimentos). El localizar las obras de captación en la parte interior de las curvas tiene los siguientes inconvenientes: a) En las crecientes o avenidas máxima la mayor parte del acarreo (sedimentos, hojas) queda depositado en la parte interior de la curva (por que allí la velocidad de flujo es menor). b) El hecho que el cauce se profundiza (aumente de nivel) en el lado exterior de las curvas y cuando se presentan los niveles mínimos se aleja el nivel del agua de la orilla interior, quedando en seco la obra da captación (Bocatoma lateral).

71

RIO

OBRA DE CAPTACION (BOCATOMA)

BOCATOMA EN TRAMO RECTO DEL RIO

FIG. 4 OBRA DE CAPTACION EN CURVA (BOCATOMA)

RIO

SEDIMENTOS

FIG. 5

BOCATOMA EN TRAMO CURVO DE RIO

72

3.1 FACTORES QUE DEBEN TENERSE EN CUENTA EN LA LOCALIZACION DE LAS OBRAS DE CAPTACION:

1) Normalmente las aguas captadas se conducen a uno o varios tanques localizados ya sea dentro de la ciudad o en sus proximidades. 2) Otro aspecto importante que debe tenerse en cuenta al estudiar la localización de las obras de captación es el de la inspección de la cuenca hidrográfica desde el punto de vista sanitario, para constatar que aguas arriba del sitio escogido no caigan agua negras (de alcantarillado) o cualquier otra fuente de contaminación, tales como residuos industriales, de fabrica, etc. Se debe tomar muestras de agua para efectuar análisis fisico-quimicos y bacteriológicos, para constatar que el agua no contiene sustancias nocivas a la salud, y determinar el grado de contaminación bacterial. 3) Otro aspecto es elaborar trabajos topográficos para las obras de captación en el sitio escogido, se deben elaborar las curvas de nivel. 4) Se debe elaborar un perfil transversal del río y zonas contiguas, en el cual se indican los niveles máximos y mínimos del río. Y el perfil longitudinal del lecho del río. 3.2 CLASES DE BOCATOMAS Bocatoma o captación lateral: Este tipo de captación es apropiado para captar en ríos importantes. Utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal muy grande y el ancho del río es considerablemente ancho. La estructura debe quedar a una altura conveniente del fondo, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior y protegidos de la erosión y socavación. Para un buen diseño es necesario estudiar el comportamiento hidrológico de la corriente (estudio de las cuencas hidrográficas y de las áreas aferentes o de drenaje hacia la corriente), determinar los gastos máximos y mínimos y la curva de gastos (Curva de duración de caudales naturales).

73

Se debe hacer el estudio de las máximas crecientes (avenidas) para poder asegurar una debida protección de las estructuras. La información de los gastos mínimos garantiza la selección de un caudal a captar, adecuados a los niveles mínimos de la corriente. Este tipo de captación es frecuente cuando la conducción se va a efectuar mediante una estación de bombeo, ya que seria necesario proyectar la salida a un nivel bastante bajo, teniendo en cuenta los niveles mínimos del río.

VARIANTE DE LA CAPTACION DE FONDO

FIG. 6

74

A

BOMBA

BOMBA

PLANTA

RIO

A FIG. 7

75

MAX.

MIN.

ESQUEMA DE BOCATOMA LATERAL

CORTE AA’

FIG. 8 En caso de que sea necesario que la conducción se haga por gravedad, no por bombeo, se proyecta un sistema de compuertas de cualquier tipo, ya sea de tablero (compuerta plana) o curva (de sector) etc. Para elevar el nivel del agua manteniéndolo a una altura o cota de superficie constante.

76

A

COMPUERTAS

REJA

A

DESARENERADOR

PLANTA

FIG. 9 La derivación forma con el eje del río un ángulo entre 30º y 45º y a la entrada se dispone de una reja que impide la entrada de material grueso y flotante. El nivel de la derivación se proyecta a una altura superior a la del fondo del río, con el fin de evitar la entrada de material de arrastre proveniente del lecho del río. Después de la reja (enseguida) se dispone de un espacio para procurar que la gravilla y arena gruesa se sedimente en este espacio. Al extremo del desarenerador al arranque del canal de conducción o de la tubería, según sea el caso, se proyecta una compuerta que permite interrumpir el flujo en caso necesario.

77

2) Bocatoma con muro transversal: Se emplea para pequeñas poblaciones y quebradas en las épocas de verano (ríos de cauce perenne), el espesor de la lamina de agua (H) es muy pequeño, lo cual dificulta la derivación para el acueducto. La idea es de formar aguas arriba in pequeño lago artificial o embalse, mediante la construcción de un muro transversal de una altura suficiente para Elvira la altura de la lamina de agua suficiente para la derivación del caudal y provisto de compuerta de desagüe.

CAMARA DE RECOLECCION MURO PROTECCION REJILLA TUBERIA DE CONDUCCION COMPUERTA

PRESA

TUBERIA DE EXCESOS

PLANTA

FIG. 10

78

REJILLA TRANSVERSAL

PRESA

CORTE LONGITUDINAL

FIG. 11 Una ventaja de esta bocatoma es que cuando la corriente arrastra mucho material ( en época de lluvias), este se deposita en el pie del muro transversal llegando a tapar completamente la rejilla y el desagüe.

3) Bocatoma lateral con bombeo: Empleadas en los ríos con caudales grandes y sección ancha. El numero de bombeo como mínimo son dos, de manera que una de ellas este en reserva. La rejilla tiene el objeto de evitar el paso de elementos grandes que puedan llegar a obstruir la entrada al pozo de succión o la tubería de succión.

79

POZO DE SUCCION BOMBA REJILLA

BOMBA PLANTA

FIG. 12

80

TUBERIA DE SUCCION

BOMBA

REJILLA

VALVULA DE PIE Y COLADERA

COMPUERTA CORTE TRANSVERSAL

FIG. 13

4) Bocatoma mediante sifón invertido Si la topografía lo permite se hace este tipo de toma, proyectando una bomba de vacío en la parte superior para cebar el sifón cuando sea necesario.

81

FIG. 14 Como H es variante, el caudal desviado también seria variable, por lo cual se proyecta una válvula que permita la regulación del caudal. La determinación del diámetro conveniente debe partir de la cabeza H correspondiente al nivel mínimo. Esa cabeza H se debe consumir en las perdidas por entrada, cabeza de velocidad, fricción en la tubería y perdidas menores (por rios). En la tubería del sifón se presentan presiones inferiores a la atmosférica y la altura M máx., debe estar fijada por las siguientes condiciones: 1) Por la altura sobre el nivel del mar, a razón de 1,20 m por cada 1000 m. de elevación sobre el nivel del mar. 2) Por posibles variaciones barométricas que puedan estimarse en 0,36 m. (valor de k2). 3) Por la temperatura del agua, se puede tomar el siguiente cuadro: TABLA 3 0ºC 6.2 cm 5ºC 8.9 cm 10ºC 12.9 cm 15ºC 17.4 cm 20ºC 23.8 cm 25ºC 32.2 cm 30ºC 43.1 cm 35ºC 57.2 cm 82

Lo anterior toma un valor k3 4) Perdidas de energía por la entrada, cabeza de velocidad, rios y fricción en la tubería, (valor k4). Luego el valor M máximo será: M máx.=10.33 m-(k1+k2+k3+k4) La bomba de vacío debe ser correspondiente para cebar el sifón.

capaz

de

producir

el

vacío

5) Bocatoma con flotador con manguera flexible. Se emplea en captación de caudales pequeños, ya que la manguera flexible reforzada solo se encuentra hasta 8” de diámetro.

83

FIG. 15 6) Bocatoma de bombeo flotante. Se emplea cuando la fluctuación de niveles es muy grande, debe emplearse manguera flexible.

84

FIG. 16

7) Bocatoma deslizante. La estación de bombeo es limitada sobre dos rieles y se sube o baja operando un malacate colocado en la parte superior, debe emplearse manguera flexible.

85

FIG. 17

86

FIG. 18 8) Bocatoma de fondo. El agua es captada a través de una rejilla colocada en la parte superior de un represa (muro). Con dirección en sentido del flujo. El ancho de la presa puede ser igual o menor que el ancho del río. MUROS LATERALES: Son los que encauzan el agua hacia la rejilla su ancho puede ser de 50 a 60 cm. REJILLA: Se coloca sobre el canal de aduccion que se encuentra dentro de la presa. Dimensiones: -Ancho mínimo: 40 cm. -Largo mínimo: 70 cm.

87

Los barrotes van con separación de 6 a 12 cm, y de Ø de ½ a 1”.

CANAL DE ADUCCION: Recibe el agua que pasa por la rejilla y la entrega a la cámara de recolección. Pendiente entre 1% y 3.5%. Sección rectangular o semicircular. CAMARA DE RECOLECCION: Es rectangular, en concreto y con muros de espesor entre 25 y 30 cm. En su interior esta el vertedero de excesos lateral. Que entrega el caudal de excesos al río.

FIG. 19

88

FIG. 20

89

FIG. 21

DISEÑO DE LA PRESA

Se diseña con el Q máx. diario (caudal máximo diario), este debe ser menor que el caudal mínimo del río, en donde queda la captación. Se debe recurrir a medición del caudal por medio de aforos y estudio general hidrológico de la cuenca hidrográfica. Se diseña con: 3/2

Q= 1.84 LH

(Formula de Francis)

La lamina de agua H, se calcula con: 90

3/2

H= (Q/1.84 l) Si el vertedor es de 2 contracciones laterales se debe corregir con: L’=L-0.1Nh n= Numero de contracciones; n= 0 (sin contracción. N= 1 (con 1 contracción) n= 2 (con 2 contracciones) Para calcular la velocidad del agua sobre la rejilla, empleamos:

Vr= Q/(L’H) Rango: debe entrar entre 0.3 m/seg y 3 m/seg.

DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCION

Empleamos las expresiones: 2/3

4/7

Xs= 0.36 Vc + 0.60 hc 4/7

3/4

Xi= 0.18 Vc + 0.74 hc L= Xs+0.30 Donde

Xs= es el alcance del filo superior del agua. Xi= es el alcance del filo inferior del agua L= Longitud de la cámara.

La altura H debe cubrir las perdidas por entrada y fricción, debe suponerse 0.60 m.

91

FIG. 22

92

FIG. 23 DISEÑO DEL CAUDAL DE EXCESOS:

La captación máxima de la rejilla se aproxima al caudal a través de un orificio. En la hidráulica se tiene una expresión así: Q(captación)= Cd* A(neta)*√(2gh) Cd= Coeficiente de descarga= 0.3 A(neta)= Área neta de la rejilla. Q(capt)=Caudal a través de la rejilla. H=altura de la alamina de agua sobre la rejilla. (m).

93

El caudal de excesos se calcula así: Q(excesos)= Q(captado)-Q(diseño) Q(excesos)=, es aquel que capta la rejilla. La tubería de excesos debe tener un diámetro mínimo de 6” y con suficiente pendiente.

DISEÑO DE LA REJILLA

FIG. 24 Si los barrotes en la dirección de flujo, el área neta de la rejilla, se obtiene por: A(neta)= a-BN a= separación entre barrotes (m) N= Numero de espacios entre barrotes. B= Ancho del caudal de aduccion.

94

También: b= Diámetro de cada barrote. Relacionando las formulas se tiene: (A neta)= [a/(a+b)]* A(total) (ANETA)= [a/(a+b)]*B*Lr Lr= longitud de la rejilla B= ancho de la rejilla El caudal a través de la rejilla es: Q=KA(neta)Vb K= 0.9 para el flujo paralelo a la sección. Vb= velocidad entre barrotes (máx.=0.2 m/seg.).

DISEÑO DE CANAL DE ADUCCION: Se emplean las expresiones: 2/3

4/7

Xs= 0.36 Vr +0.60 H 4/7

3/4

Xi= 0.18 Vr + 0.74 H B= Xs+0.10 B= ancho del caudal de aduccion.

NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCION:

Se emplean las expresiones:

1/2

ho= [2hc²+(hc-iLr/3)²] – 2/3 iLr

95

ho= nivel del agua (aguas arriba) ha= nivel del agua (aguas abajo) hc= profundidad critica i= pendiente del fondo del canal. G=gravedad. Si hay descarga libre en la entrada de la cámara de recolección, entonces: he=hc 1/3

hc= (Q²/(Gb²))

FIG. 25

3.3 Ejemplo de diseño de captación lateral:

96

AREA DE CUENCA

A1= 24050 A2= 14500 A3= 20850 A4= 12350

A5= 36500 A6= 30975 A7= 44000 A8= 22230

A9= 44625 A10= 21525 A11= 31725

AREA TOTAL DE LA CUENCA= 303320 m²

DATOS:

POBLACION DE DISEÑO= 25000 hab. DOTACION MINIMA= 150 lts/hab./dia ANCHO DEL RIO= 5 m PENDIENTA DEL RIO= suave FONDO DEL RIO= 3701.47 msnm NIVEL DE AGUAS MINIMO= 3702.4 msnm NIVEL DE AGUAS MAXIMO= 3710 msnm CAUDAL MINIMO= 2.81 m³/seg. CAUDAL MAXIMO= 45 m³/seg.

SE HA ESCOJIDO UNA BOCATOMA LATERAL POR LAS SIGUIENTES RAZONES: • • • •

EL ANCHO DEL RIO. EL COSTO DE SU CONSTRUCCION. MENOR POSIBILIDAD DE OBSTRUCCION EN LA REJILLA. EL CAUDAL DE DISEÑO (EN LA LINEA DE ADUCCION) ES EL DOBLE DEL CAUDAL MAXIMO DIARIO. SE CAPTARA UN CAUDAL IGUAL A 3 VECES EL CAUDAL MAXIMO DIARIO CON EL NIVEL MINIMO.

Cmd= Pxd/86400 ⇒

Cmd=25000X150/86400

97

Cmd= 43.4 Lts/seg. CMD=K1xCmd ⇒ CMD= 1.4X43.4=

K1= factor según insfopal= 1.4

CMD= 60.76 Lts./Seg. CMH= K1XK2XCMD ⇒

K2=factor según insfopal= 1.7

CMH= 1.4X1.7X60.76= CMH= 103.3 Lts./Seg.

ASI PODEMOS OBTEMER UN CAUDAL DE DISEÑO

CAUDAL DE DISEÑO 3XCMD Q DISEÑO= 3X60.76 QDISEÑO= 182.28 Lts./Seg. ⇒

0.183 m³/seg.

DISEÑO DE LA REJILLA •

REJILLA REDONDA DE DIAMETRO ¾” SEPARADA LIBREMENTE ENTRE SI ¾”, DONDE B= 1.79 PARA VARILLAS CIRCULARES.

•

EL ANGULO DE INCLINACION CON RESPECTO A LA HORIZONTAL SERA DE 70º A FIN DE OBTENER UNA LIMPIEZA MECANICA.

•

EL VERTEDERO LATERAL SE FRONTAL DE CRESTA DELGADA.

98

DISEÑA

COMO

VERTEDEREO

PERDIDAS EN LA REJILLA

USANDO LA EXPRESION DE KINHMMER 4/3

h= Bx (w/b) x hv*sen θ;

w= 3/4”= espesor de la varilla b=3/4” profundidad de la varilla

hv=v²/2g= (0.6)²/(2x9.81)= 0.01835 m. 1”⇒ ⇒ 2.54 cm ¾”⇒ ⇒X

X=1.905 cm ⇒

X=0.01905 m.

4/3 h= 1.79x(0.01905/0.01905) x 0.01835 x sen 70º ⇒

h= 0.03087 m

4 cm

CON FACTOR DE SEGURIDAD DE 3 SE OBTIENE UNA PERDIDA DE: (PARA PREVEER LA OBSTRUCCION EN LA REJILLA Y ACUMULACION FLOTANTE, LAS PERDIDAS SE MULTIPLICAN POR DOS O POR TRES) h= 3x4 cm= 12 cm.

TENIENDO UNA CARGA DE H= 46 cm., O SEA: 3702.4-3701.94 = 0.46 cm. EL NIVEL DE AGUAS DENTRO DE LA CAJA DE DERIVACION ES H-h 46-12=34 cm. POR ENCIMA DE LA CRESTA DEL VERTEDERO.

EL VERTEDERO SE TRABAJA SUMERGIDO POR ESO SE UTILIZA LA FORMULA DE VILLEMONTE:

n 0.385

99

Q=(q1X(1-S )

)

COMO SE REQUIERE QUE LA BOCATOMA CAPTE 0.183 m³/seg., SE CALCULA Q1 Q= 0.183 m³/seg. S=H-PERDIDAS/H=

⇒

S= (0.46 m-0.12 m)/0.46 m

⇒

Q1= Q/((1-0.74

S= 0.74, SUMERGENCIA. n 0.385

Q1= Q/((1-S )

1.5 0.385

)=

)

)

Q1= 0.270 m³/seg.

PARA VERTEDEROS DE PARED DELGADA A FLUJO CONTRACCION SE APLICA LA EXPRESION DE FRANCIS 3/2

Q= 1.84 Lc. H 3/2

Lc= Q1/(1.84x H

) 1.5

Lc= 0.270/(1.84x(0.46) = 0.47 m

PARAMETROS GENERALES

LIMPIEZA MECANICA=

θ= 45º CON LA VERTICAL SE HA TOMADO θ= 70º

VELOCIDAD A TRAVEZ DE LAS REJAS LIMPIAS 100

LIBRE

SIN

MINIMA= 0.75 mts/seg. MAXIMA= 1.0 mts/seg.

TAMAÑO DE LAS VAILLAS

LIMPIEZA MECANICA

ANCHO (mts.) PROFUNDIDAD (mts.) ESPACIAMIENTO ENTRE REJAS (mts.) VELOCIDAD DE APROXIMACION PERDIDA CARGA h1 VALOR MAXIMO EN (cm.)

NUMERO DE ESPACIOS = Lc/ Ø VARILLA

0.5-1.5 2.5-7.5 1.5-75 0.6-1.0 15

= 0.47/0.01905= 25

NUMERO DE ESPACIOS= 25 # DE VARILLAS= # DE ESPACIOS -1= 25-1= 24 VARILLAS

VERIFICAMOS LA LONGITUD DE LA VARILLA MEDIANTE LA EXPRESION DE VERTEDERO LATERAL

SE APLICA LA EXPRESION DE ENGELS (recomendable para flujo critico) 0.9

1.6

Q= 1.86xLe x H 1.6 1.1

Le= (Q/1.86XH

)

1.6 1.1

⇒

Le= (0.270/1.86x(0.46

)

Le= 0.46 m. Longitud efectiva en metros.

LA DIFERENCIA ENTRE LAS Le ES MINIMA POR ESO ADOPTAMOS EL PRIMER CALCULO DE Le= 0.46 mts. 101

COTAS:

COTA DEL NIVEL MINIMO DEL RIO = 3702.4 mts. COTA CRESTA DEL VERTEDERO DE LA BOCATOMA = COTA DEL NIVEL MINIMO DEL RIO- CARGA H SOBRE EL VERTEDERO = 3702.4-0.46 = 3701.94 mts.

DISEÑO DE LA CAMARA DE DERIVACION

TENDRA UNAS DIMENSIONES DE 2 x 1.5 mts PARA PERMITIR LA MANIOBRABILIDAD DE LAS VALVULAS Y QUE EL MANTENIMIENTO SEA COMODO.

COTA NIVEL MINIMO DE AGUAS EN LA CAMARA DE DERIVACION= NIVEL MINIMO DEL RIO- PERDIDA EN LA REJA = 3702.4-0.12 =3702.28 mts.

DISEÑO DE LA LINEA DE ADUCCION

PARA ESTE TIPO DE BOCATOMA LA LINEA DE ADUCCION SE DISEÑA COMO UN ORIFICIO SUMERGIDO

Qdiseño= 2 x CMD= 2 x 60.76= 121.52 lts./seg. (ver especificaciones, o sea datos del problema)

APLICANDO LA FORMULA DE ORIFICIO SUMERGIDO SE TIENE: Q= C x A x √(2gh) 102

C= COEFICIENTE DE DESCARGA= 0.61 A= PARA Ø= 14” EL AREA SERA π/4 x (14 x 0.0254)²= ⇒ A= 0.099 m² Q= Q diseño = 0.122 m³/seg. H= 1/2g x (Q/C x A)² ⇒

H= 1/19.62 x (0.122/0.61 x 0.099)²

H= 0.21 mts: SE DECIDE ADOPTAR EL Ø DE 14” POR QUE ES LA SOLUCION MAS ECONOMICA PARA LA TUBERIA DE ADUCCION, YA QUE CON Ø= 12” DA UN H= 0.38 cm.

COTA EJE DE LA TUBERIA= COTA MINIMA DE AGUA EN LA CAMARA DE DERIVACION-H

= 3702.28-0.21 =3702.07 mts.

103

3702.28 m

3702.07 m 0.3556 m= 14”

FIG. 26 COTA BATEA TUBERIA DE SALIDA HACIA EL DESARENADOR= COTA EJE DE LA TUBERIA – Ø/2

= 3702.07- (0.3556/2) = 3701.9 mts.

104

3701.3 m. cota clave

3702.07 m. 3701.9 m. cota batea

FIG. 27 3.4 EJEMPLO DE DISEÑO DE BOCATOMA DE FONDO

CRITERIOS BASICOS DEL DISEÑO

Dotación domestica según INSFOPAL: • Población de diseño: 5000 habitantes. • Dotación mínima: 125

Lt seg

• Ancho lugar de captación: 2 metros. • Fondo: 3197 m.s.n.m. • Nivel de aguas mínimo: 3198.4 m.s.n.m.

105

• Nivel de aguas máximo: 3199 m.s.n.m. • Caudal mínimo: 0.12

• Caudal medio: 0.46

m3 seg

m3 seg

• Caudal máximo: 2.053

m3 seg

• Cmd: Caudal medio diario

Cmd =

Cmd =

5000 * 125 86400

Cmd = 7.2 Lt/seg.

• CMD: Caudal máximo diario.

CMD = K1 * (Cmd)

 Lt   CMD = 1.4  7.2 seg  

CMD = 10.08 Lt/sg.

• CMH: Caudal máximo horario.

CMH = K1 * K2 * CMD

 Lt   CMD = 1.4 * 1.7 * 10.08 seg  

CMD = 10.08 Lt/sg.

• Caudal de diseño: Q diseño

Qd = 3 * CMD

 Lt   Qd = 3 10.08 seg  

Qd = 30.2 = 30

PD 86400

Lt m3 = 0.030 seg seg

106

Qd = 0.030 m3/seg.

DISEÑO DE LA PRESA:

El ancho de la presa se supone de 1.5 m. • H: Altura lamina de agua  Q  H=    1.84 L 

2/3

 0.030   H =   (1.84)(1.5) 

2/3

H = 0.05 m • Contracciones laterales: L’ = L – 0.2 (H)

L’ = 1.5 – 0.2 (0.05)

L’ = 1.5 m

• Velocidad sobre la presa:

Vr =

Q L' H

Vr =

0.030 (1.5)(0.05)

Vr = 0.40 m/sg. m m < Vr < 3 seg seg

NORMA: 0.3

DISEÑO DE LA REJILLA Y CANAL DE ADUCCION: • El ancho del canal de aducción será: B = Xs + 0.10 Xs = 0.36 (Vr )

2/3

+ 0.60 (H )

4/7

Xs = 0.36 (0.4 )

2/3

+ 0.60 (0.05)

Xi = 0.18 (0.4 )

4/7

+ 0.74 (0.05)

4/7

Xs = 0.30 m Xi = 0.18 (Vr )

4/7

+ 0.74 (H )

3/ 4

107

3/ 4

Xi = 0.18 m B = 0.30 + 0.10

B = 0.40 m

• La longitud de la rejilla y el numero de orificios es: • Se utilizaron barrotes de ½” (0.0127 m) y separación entre ellos de 5 cm., se supone una velocidad entre barrotes de 0.10

Vb: Velocidad entre barrotes, máx. = 0.2

• Área neta =

Área neta =

Q ( K )(Vb)

;

m3 . seg

m3 seg

K = 0.9 para flujo paralelo a la sección

0.030 (0.9)(0.10)

Área neta = 0.33 m2

• Longitud de la rejilla: Área neta = Donde:

a * B * Lr a+b

a: separación entre barrotes (m). b: diámetro de barrotes (m). Lr: Longitud de la rejilla.

Lr =

( Areaneta)(a + b) a*b

Lr =

Lr = 1.03 m

108

(0.33)(0.05 + 0.0127) 0.05 * 0.40

Se adopta 1.03 m de longitud de rejilla, ya que la mínima es 0.70 m, es decir que se esta cumpliendo con lo especificado, por lo tanto no hay necesidad de calcular nuevamente el área neta. • El numero de orificios es de: N=

Areaneta a *b

N=

0.33 = 16.5 orificios 0.05 * 0.4

N = 17 orificios Numero de barrotes: 18 Se adoptan 17 orificios y 18 barrotes separados cada 5 centímetros. • Las condiciones finales son: Área neta = a * B * N

Área neta = 0.05 * 0.4 * 17

Área neta = 0.34 m2

Vb: Velocidad entre barrotes

Vb =

Vb =

0.030 (0.9)(0.34)

Norma: Vb como máximo es 0.20

Vb = 0.10 m/sg. m3 seg

Lr = 1.03 m

Los niveles de agua en el canal de aduccion son:  Q2 • Aguas abajo: he = hc =  2 g*B

Q ( K )( Areaneta)

  

1/ 3

109

 (0.030) 2 • he = hc =  2  9.81 * (0.4)

  

1/ 3

he = hc = 0.08 m

• Aguas arriba: Lc = Lr + espesor del muro Lc = 1.03 + 0.45 (ver corte B-B)

Lc = 1.48 m

Se adopta un espesor del muro de 45 centímetros ya que el caudal con el que se esta trabajando es grande. Se toma i =

• ho =

3 100

(por norma)

2  i * Lr    2 ( ) 2 he + hc −     3    

1/ 2

−

2  0.030 * 1.48    2 ho = 2(0.08) +  0.08 −   3    

2 (i )(Lr ) 3 1/ 2

−

2 (0.030)(1.48) 3

NOTA: se tomo Lc = 1.48 m en vez de Lr = 1.03 m ho = 0.10 m

• Ho = ho + (BL) En donde: BL: Borde Libre de 15 cm. por norma. Ho = 0.10 + 0.15

Ho = 0.25 m

• Hc = he + (ho - hc) + i (Lc) + BL Hc = 0.08 + (0.10 – 0.08) + 0.03 (1.48) + 0.15

• la velocidad del agua al final del canal será:

110

Hc = 0.29 m

Vc =

Q B * he

Vc =

0.030 0.40 * 0.08

Vc = 0.94 m/sg. m3 m3 • 0.3 < Vc < 3 seg seg

m3 m3 m3 0.3 < 0.94 <3 (cumple) seg seg seg

DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCION:

• Xs = 0.36 (Vr )

Xs = 0.36 (0.94) • Xi = 0.18 (Vr )

+ 0.60 (H )

2/3

2/3

4/7

Xi = 0.18 (0.94)

+ 0.60 (0.08)

+ 0.74 (H )

4/7

4/7

4/7

Xs = 0.50 m

3/ 4

+ 0.74 (0.08)

3/ 4

Xi = 0.29 m

Xs y Xi son los alcances de los xxxxxxx del agua en la cámara o caja.

• B (cámara) = Xs + 0.30 (por norma) B (cámara) = 0.50 + 0.30 B (cámara) = 0.80 m

CALCULO DE ALTURA DE LOS MUROS DE CONTENCION: Q máx. = 2.05

m3 (datos del problema) seg

111

L = 1.5 m es el ancho de la presa (supuesto)  Q max   H =   1.84( L ) 

2/3

 2.05   H =   1.84(1.50) 

2/3

H = 0.82 m Tomando un borde libre de 0.18 m, entonces la altura de los muros sera de 1 m: (0.82 + 0.18 = 1m).

CALCULO DEL CAUDAL DE EXCESOS:

Qprom = 0.46

 Q max   H =   1.84( L) 

m3 (Dato del problema) seg

2/3

 0.46   H =   1.84(1.5) 

• Q captado = Cd (Área neta)

2 gH

Donde: Cd: Coeficiente de carga equivalente a 0.3 Q captado = 0.3 (0.33)

2(9.81)(0.30)

Q captado = 0.24 m3/seg. • Q excesos = Q captado – Q diseño

112

2/3

H = 0.30 m

Q excesos = 0.24 – 0.03 Q excesos = 0.21 m3/seg.  Qexc.   • H exc. =   1.84( L )   0.21   H exc. =   1.84(2) 

• V exc. =

2/3

. Donde L = 2m (ancho del lugar de captación)

2/3

H = 0.15 m

Qexc. (Hexc)(Bcamara )

V exc. =

0.21 (0.15)(1.5)

V exc. = 0.93 m/seg. Se toma el valor de 1.5 m para el valor de B de la cámara por comodidad de mantenimiento y . • Xs = 0.36 (Vexc )

2/3

+ 0.60 (Hexc )

Xs = 0.36 (0.93)

4/7

2/3

+ 0.60 (0.15)

4/7

Xs = 0.55 m El vertedero de excesos estará colocado a 0.80 m de la pared de la cámara de recolección. CALCULO DE COTAS:

Fondo en la captación: 3197 (ver corte B-B), leído del plano topográfico.



Lamina sobre la presa: • Diseño: 3197 + 0.05 = 3197.05 m.s.n.m. H = 0.05 m, altura de lamina de agua. • Máxima: 3197 + 0.82 = 3197.82 m.s.n.m. H = 0.82 m, altura muros de contención. 113

• Promedio: 3197 + 0.30 = 3197.3 m.s.n.m. H prom. = 0.30 m. • Corona de los muros de contención: 3197 + 1 = 3198 m.s.n.m. Altura de los muros de contención: 1 m.

Canal de aduccion: • Fondo aguas arriba: 3197 – 0.25 = 3196.75 m.s.n.m. Ho = 0.25 m. (Ver corte B-B) • Fondo aguas abajo: 3197 – 0.29 = 3196.71 m.s.n.m. Hc = 0.29 m. (Ver corte B-B) • Lamina aguas arriba: 3196.75 + 0.10 = 3196.79 m.s.n.m. ho = 0.10 m. (Ver corte B-B) • Lamina aguas abajo: 3196.71 + 0.08 = 3196.79 m.s.n.m. he = 0.08 m.



Cámara de recolección: • Cresta del vertedero de excesos: 3196.71 – 0.15 = 3196.56 m.s.n.m. (ver corte B-B). Borde libre: Por norma se toman 15 centímetros de borde libre. • Fondo: 3196.56 – 0.8 = 3195.76 m.s.n.m. (Ver corte B-B). B (cámara) = 0.80 m.

TUBERIA DE EXCESOS:

114

Cota de entrada: 3195.76 m.s.n.m. (Ver corte B-B). Cota del río en la entrega: 3193.849 m.s.n.m. (Leída del plano topográfico). Cota de salida. 3193.849 + 0.05 = 3193.899 m.s.n.m.

CALCULO DE LA TUBERIA DE EXCESOS:

 Cotaentrada − Cotasalida   * 100 i =  Longitud   i = 3.722

 3195.76 − 3193.899  i=   * 100 50  

i = J = perdidas

i = J = 0.03722

m/m Q = 0.2785 * C * D2.63 * J0.54 Q   D=   0.54   0.2785 * C * J

(Formula de HAZEN-WILLIAMS).

1 / 2.63

, en donde Q = caudal de excesos y C = 100

0.21   D=   0.54  0.2785 * 100 * 0.03722 

D=

0.3065 0.0254

1 / 2.63

, 1 pulg. = 0.0254 m

D = 12.06’’

D = 0.3065 m

D = 12”

Aproximando el resultado que obtuvimos tomamos un diámetro de 12”.

115

FIG. 28

FIG. 29

116

FIG. 30

FIG. 31

117

FIG. 32

118

3.5 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA: Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo

Autor

Editorial

Edición

Tipo

Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Tipos de cortina en tierra

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Consulta

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ingenieria de los recursos hidraulicos, presas

E. Rose Thrust Exertec. C. Zanger

Consulta

Consulta

Biblioteca Universidad Gran Colombia 1952

119

Consulta

3.6 AUTOEVALUACION: UNIDAD 3

1. Como se divide el consumo de una población. 2. En la curva, donde deben ir ubicadas las Bocatomas Laterales y explicar el motivo. 3. Dimensiones mínimas de la rejilla en bocatoma de fondo. 4. En que rango debe ir la velocidad (Vr) del río sobre la rejilla. En Bocatoma de fondo. 5. Escriba la formula de Francis y explique cada termino. 6. Haga una breve explicación de la Bocatoma con flotador y manguera flexible. (ayudado de un esquema)

120

CAPITULO IV

UNIDAD 4: DESARENERADOR

OBJETIVO GENERAL:

Al finalizar esta unidad, el estudiante estará en capacidad de realizar un diseño de un desarenerador, y calcular cada una de sus partes, para que las aplique en el desarrollo de su profesión.

121

OBJETIVO ESPECIFICO:

La unidad tiende a: -

Que el estudiante comprenda lo que es un desarenerador y las partes que lo conforman.

-

Que el estudiante aprenda a diseñar un desarenerador

-

Que el estudiante aprenda a distinguir las partes de un desarenerador.

-

Que el estudiante aprenda las normas y especificaciones para el diseño de un desarenerador.

-

Que el estudiante aprenda a establecer la relación entre ancho (B) y largo (L).

122

INTRODUCCION:

Son estructuras que tienen como funcion remover las partículas que la captación de una fuente permite pasar. Los factores que se deben considerar para un buen proceso de desarenacion son:

a) Eficiencia de la pantalla o pantallas deflectoras. b) Viscosidad y temperatura del agua. c) Tamaño, forma y porcentaje a remover.

123

FIG. 33 La fuerza FR que obliga la partícula al movimiento hacia abajo, es: FR=ρsgv-ρgv= vg(ρs-ρ) (1) ρs= densidad absoluta de la pantalla. ρ= densidad absoluta del agua. v= volumen de la pantalla g= gravedad

124

La fuerza de fricción, se representa por: Fr= 1/2CdAρVs² (2) Fr=fuerza de fricción. Cd=coeficiente de fricción de Newton. A= área transversal de la partícula Vs= Velocidad de sedimentación. (1)=(2) vg(ρs-ρ)= 1/2CdAρVs² Vs=√((2gv (ρs-ρ))/ (CdAρ) = velocidad de sedimentación V/A=2/3D Vs=√(2g/Cd)*2/3D(ρs-ρ)/ (ρ),

velocidad de sedimentación de partículas esféricas en un fluido estático.

Cd= No es constante varia con el numero adimensional Re (Reynolds), se obtiene de las graficas. También Cd, se puede calcular para régimen de transición). Por: Cd= (24/Re)+(3/√Re)+0.34; Re= numero de Reynolds. En flujo laminar:

Cd= 24/ Re Empleando la ecuación de Stokes, tenemos:

Vs= (g/18) ((Ss-1)/ν)*d² Vs= Velocidad de sedimentación, (cm/seg) g= gravedad 125

Ss= Gravedad especifica de la partícula a sedimentar.

ν= Viscosidad cinemática del agua cm²/seg= Stoke. d= Diámetro de la partícula.

FIG. 34

126

FIG. 35

127

FIG. 36 Ejemplo:

128

Se desea determinar la velocidad de sedimentación de las partículas de arena media de 0.25 mm de diámetro de ρs= 2.65, en agua cuya temperatura es 16º C (ν16º= 0.0111 cm²/seg) Vs= (g/18) ((Ss-1)/ν)*d² Vs= (980/18)((2.65-1)/0.0111)*(0.025 cm)² Vs= 5.05 cm/seg Al emplear la ecuación de Fair, se tiene: K1*d=X1 Vs/K2=X2 Ejemplo: Determinar la velocidad de sedimentación de una partícula de 0.018 cm. De diámetro cuyo peso especifico es 1.10 en agua a temperatura de 15ºC Para Ss= 1.10 y 15ºC, en la figura 4.2 se obtiene K1=92; K2= 1.05 Empleando:

K1*d=X1 = 92*0.018=X1 X1= 1.656

En la figura 4.3 se halla en X2= 0.18 Empleando: Vs/K2=X2 Vs=

X2*K2

Vs=

0.18*1.05

Vs=

0.189 cm/seg. 129

4.1 ZONAS DE UN DESARENERADOR

FIG. 37 4.2 ZONA I: CAMARA DE AQUIETAMIENTO Donde se disipa el exceso de energía de velocidad en la tubería de llegada desde la bocatoma.

130

Lateralmente se encuentra un vertedero de excesos que lleva el caudal sobrante nuevamente al río mediante una tubería que se une con la de lavado. El paso del agua a la zona siguiente se puede hacer por medio de un canal de repartición con orificio sumergido.

4.3 ZONA II: ENTRADA AL DESARENERADOR

Constituida entre la cámara de aquietamiento y una cortina, la cual obliga a las líneas de flujo a descender en forma rápida.

4.4 ZONA III: ZONA DE SEDIMENTACION

Es allí donde se sedimentan todas las partículas, (Su profundidad es H).

4.5 ZONA IV: ALMACENAMIENTO DE LODOS

Comprende el volumen entre la cota de profundidad útil en la zona III y el fondo del tanque

4.6 ZONA V: SALIDA DEL DESARENADOR

Por una pantalla sumergida, el vertedero de salida y el canal de recolección. El vertedero de salida se diseña con la formula de Francis: 3/2

Q=CLH Q= Caudal en m³/seg. C= Coeficiente del vertedero (cuesta aguda) L= Longitud de la cresta dl vertedero. (m) H= Altura de carga sobre el vertedero, (m).

131

4.7 ZONA VI: VALVULA DE COMPUERTA A la salida de la línea de aduccion y a la salida del desarenador en la línea de conducción.

4.8 ZONA VII: TUBERIA DE REBOSE Para controlar el nivel del agua en el reactor.

4.9 ZONA VIII: CAMARA DE INSPECCION

Recibe la tubería de rebose y evacua los lodos.

4.10

GRADO DEL DESARENERADOR: (n)

n=1; Deflectores deficientes o sin ellos. n=2;Deflectores regulares n=3; Deflectores buenos n= 5 a 8; Deflectores muy buenos n=∞; caso teórico.

4.11

NUMERO DE HAZEN:

Se representa por:

Vs/Vo=θ/t; se determina por la siguiente tabla:

Vs= Velocidad de sedimentación efectiva Vo= Velocidad de sedimentación teórica o velocidad de la partícula critica. Θ= Periodo de retención hidráulico

132

t= Tiempo. TABLA 4

COND n=1 n=3 n=4 Max. teo

87.5 7.0 2.75 2.37 0.88

80 4.0

NUMERO DE HAZEN Vs/Vo=θ/t REMOCION (%) 75 70 65 60 3.0 2.3 1.8 1.5 1.66 1.52 0.75

55 1.3

50 1.0 0.76 0.73 0.50

Con el fin de operar adecuadamente en desarenerador, se recomienda que: 1) Vh<20 Vs; Vh= velocidad horizontal de la partícula 2) 9< Vh/Vo<15 3) La velocidad horizontal debe ser menor que la velocidad de arrastre (Vr) de las partículas, con el fin de evitar la suspensión del sedimento. Vh
4.12

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

El numero de desareneradores (unidades), se recomienda diseñar dos tanques de desarenacion, en paralelo, para dejar uno funcionando, mientras se le hace reparación y mantenimiento al otro. 4.13

PROFUNDIDAD MINIMA Y MAXIMA

La mínima especificación es H=1.5 m La máxima especificación es H= 4.5 m

133

4.14

PERIODOS DE RETENCION HIDRAULICOS

El tiempo que tarda una partícula de agua en entrar y salir del tanque debe ser entre 0.5 horas y 4 horas.

4.15

RELACION: LONGITUD: ANCHO

Se recomienda en tanque rectangular con una relación (L/B) entre 3/1 y 5/1 L= longitud B=ancho

4.16

PASO DIRECTO

Debe existir una tubería de paso directo.

4.17

PROFUNDIDAD DE ALMACENAMIENTO DE LODOS

Se adopta un mínimo de 0,40 m. de profundidad. Las pendientes del fondo deben estar comprendidas entre 1% y 8% (para que los lodos ruedan fácilmente hacia la tubería de desagüe)

4.18

CARGA HIDRAULICA SUPERFICIAL

Es el caudal puesto por unidad de área superficial, debe estar entre 15 y 80 m³/m² día, se representa por “q”.

Según Stokes: Vo= (g/18) ((Ss-1)/∇)*d²=Kd² Vo= Kd² (1) 134

Pero Vo= Q/A (2)

(1)=(2) Kd²=Q/A d= √(Q/KA) = √(Q/K)*√(1/A)

La relación Q/A, se llama carga hidráulica superficial y se representa por “q”, y es igual a la velocidad de sedimentación de la partícula critica (Vo). Porcentaje de remoción de partículas con Vs
(numero de partículas con Vs
Ejemplo:

DISEÑO DESARENADOR

m3 . seg

•

Qd = 0.03

•

Vr = 2.29

•

φ = 6” = 0.152 m.

•

Qll = 0.045

m seg

m3 seg

135

m seg

•

Vll = 2.462

•

D = 0.504 m.

•

Temperatura = 15ºC

•

Viscosidad cinemática = (ν ) = 0.01146

•

Remoción de partículas = 0.05 mm.

•

Remoción = 75%

•

N=1

• •

φ t

cm 2 seg

= 3; Ø = periodo de retención hidráulica.

Vs =

g (ρs − ρ ) * *d2 18 ν

Vs = 0.196

Vs =

cm seg

981 (2.65 − 1) 2 * * (0.005) 18 0.01146

Vs = 0.00196

m cm = 0.196 seg seg

En donde:

ρs : Densidad de la partícula de arena = 2.65 ρ : Densidad absoluta del agua = 1.0 •

H = 1.50 m; se asume y es el valor mínimo de profundidad útil del sedimentador.

•

t=

H Vs

t=

150 0.196

136

t = 765.31 seg.

•

Θ = 2295.92 seg. =

Θ = 0.64 hrs.

0.5 hrs. < Θ < 4 hrs. (Es una norma y se cumple)

•

Volumen: ∀ = Θ * Q

•

As =

•

Dimensiones del tanque para una relación: L: B =

∀ H

B=

L 3 = B 1

∀ =68.88 m3

68.88 1.50

As = 45.92 m2

3 As , 3B*B = As → B2 = 1 3

45,92 3

B = 3.91 m

L = 3B

L = 11.71 m

Carga hidráulica superficial:

Vo = q =

m3 seg q= 45.92m 2 0.030

Q As

Q = 0.0653

cm seg

Vo = q = 0.000653

•

∀ = 2295.92*0.03

As =

As 3

B=

•

2295.92 3600

Θ = 3 * 765.31

do =

q = 0.000653 * 86400 = 56.42 m seg

Vo(18)(v ) g (ρs − ρ )

do = 0.03 cm.

q = 0.000653

1 día = 84600 seg.

do =

(0.0653)(18)(0.01146) 9.81(2.65 − 1)

do = 0.3 mm

Comprobación:

137

m3 seg * m 2 m3 m 2 * día

Θ 2295.92 = =3 t 765.31

OK

cm seg Vs = =3 cm Vo 0.0653 seg

OK,

0.195

•

Θ Vs = t Vo

velocidad horizontal.

Vh =

•

por que

Q Vo * L = W H

Vh =

(0.0653)(11.71) 1.50

Vh = 0.511 cm. /seg.

Velocidad horizontal máxima (Vh máx.)  cm   Vh (máx.) = 20  0.196 seg  

Vh (máx.) = 20 (Vs), es una norma. Vh (máx.) = 3.92 cm. /seg.

Por norma: Vh < 20 Vs, o sea 0.511 < 3.92

Debe cumplir como mínimo con dos condiciones: 1. Vh < 20 Vs 2. 9 <

OK (si cumple)

Vh < 15 Vo

3. Vh < Vr =

Vh < Vr =

No cumple

8K * g ( ρs − ρ ) * d f 8 * 0.04 * 9.81(2.65 − 1) * 0.05 * 10 −1 0.03

Vh < Vr → 3.92 < 9.3

cm seg

Si cumple

Cumple con las dos condiciones, OK.

138

ELEMENTOS DEL DESARENADOR: •

Vertedero de salida:   Q  Hv =   (1.84)(B ) 

Altura del vertedero:

2/3

B=3.91 m: dimensión del tanque.  m3   0.03  seg   Hv =  (1.84)(3.91)     

•

2/3

Hv = 0.026 m

Velocidad del vertedero:

Vv =

Q B(Hv )

Vv =

0.030 m = 0.296 3.91(0.026) seg

Aproximado: Vv = 0.3 m/seg.

X2 = 0.36(Vv ) 3 + 0.6(Hv )7 2

4

*H

X2 = 0.36(0.3) 3 + 0.6(0.026)7 2

4

X2 = 0.24 m

FIG. 38

139

PANTALLA DE SALIDA

1. Profundidad: H/2 = 1.50/2

H/2 = 0.75 m

2. Distancia al vertedero de salida: Dvert = 15(Hv), por norma Dvert = 15(0.026)

Dvert = 0.39 m

PANTALLA DE ENTRADA

1. Profundidad: H/2 = 1.50/2

H/2 = 0.75 m

2. Distancia a la cámara de aquietamiento: Dcam = L 4 L 11.71 = 2 . 93 m Dcam = 4 4



ALMACENAMIENTO DE LODOS:

•

Profundidad máxima:

•

Distancia punto de salida cámara de aquietamiento =

0.40 m (por especificación)

140

L 3

L 11.71 = = 3.91m 3 3

•

Distancia de salida al vertedero: 2 (11.71) = 7.81m. 3

2 L 3

•

Pendiente transversal: St =

•

0.4 0.4 = B 3.91

St = 0.1023

Pendiente longitudinal a

St = 10.23%

L : 3

0.4 0.4 = = 0.1022 = 10.22% L 11.71 3 3 •

Pendiente longitudinal a

2 L: 3

0.4 0.4 = = 0.051 = 5.11% 2 L 2(11.71) 3 3

2 L = 7.81 m 3

CAMARA DE AQUIETAMIENTO.

H 1.50 = 3 3

H = 0.5m 3

•

Profundidad :

•

Ancho:

B 3.91 = 3 3

B = 1.303m 3

•

Largo: 2.4 m (se adopto)

Le = 2.4 m

141



Reboce de la cámara de aquietamiento:

•

Q exc. = Qll – Q

•

 (Qexc.)  H exc. =   1.84(Le) 

•

V exc. =

•

Xs = 0.36 (Ve )

Qexc. Hexc.(Le ) 2/3

Xs = 0.36 (0.28)

2/3

Q exc. = 0.045 – 0.030

Q exc. = 0.015 m3/seg.

 (0.015)  H exc. =   1.84(2.4 ) 

H exc. = 0.0226 m.

V exc. =

2/3

0.015 0.0226(2.4 )

V exc. = 0.28 m/seg.

+ 0.6 (He )

2/3

4/7

+ 0.6 (0.0226)

4/7

Xs = 0.229 m.

PERFIL HIDRAULICO

Perdidas a la entrada de la cámara de aquietamiento se toma K = 0.1 por dimensiones de Vel:

 ∆V 2 hm = K   2g

  

pero: V2 =

Q A

V2 =

0.03 (0.5)(1,303)

Donde: 0.5 = profundidad de cámara de aquietamiento 1,303 = ancho de cámara de aquietamiento

V1 = 2.29

m , dato del problema seg

∆ = V12 − V22

V2 = 0.046 ∆ = 2.29 2 − 0.046 2

142

∆ = 5.24

m seg

 ∆V 2 hm = K   2g



 (5.24 )   hm = 0.1  2(9.81) 

  

hm = 0.0267 m

Perdidas a la entrada de la zona de sedimentación:

V1 = 0.046

m seg

V2 = 0.046

    0.046 2 − 0.046 2   hm = 0.1   m      2 9.81 seg 2    

m seg

hm = 0m.

CALCULO DE LA TUBERÍA DE EXCESOS •

Tubería de excesos por los caudales φ = 6” mínimo Tubería de lavado (15 cm).

•

Tubería de lavado

Tener en cuenta el tiempo de vaciado del tanque.

COTAS •

Entrega del desagüe de la vado: 3191.91 m.s.n.m (supuesta)

•

Agua lamina sobre tubería: 3193.925 – 0.0267 = 3193.89 m.s.n.m,

•

Cota entrada al desarenador: 3193.925 (ver corte AA)

•

Perdidas = 0.0267 m

143

•

φ = 6” = 0.152 m

•

Longitud de conducción: 50m

•

Altura disponible: 3193.89 - 3191.91 = 1.98 m

•

J=

•

Perdidas en la conducción (en longitud equivalente)

H 1.98 = = 0.0396 m m L 50

Entrada norma: 2.5 m Válvula: 1.1 m Codo de radio corto: 4.9 m Tee cambio de dirección: 10 m Longitud de tubería: 50 m (longitud de conducción)

Σ

Perdidas = 68.5 m

•

QINICIAL = 0.2785 × C × D 2.63 × J 0.54 , C = 100

•

QINICIAL = 0.2785 ×100 × 0.152 2.63 × 0.0396 0.54 QINICIAL = 0.034

0.034

•

V=

π 4

•

m³ sg

m³ sg

(0.152m)2

= 1.873

m sg

V ²  1.873² = = 0.18m  2g    INICIAL 19.62

144

El tiempo de vaciado se determina a partir de la ecuación de descarga para un orificio. •

Coeficiente de descarga del tanque, teniendo en cuenta la tubería de desagüe es:

QINICIAL = Cd × Ao × 2 gH

Cd = Cd =

t vaciado =

QINICIAL Ao × 2 gH

(0.152)² × 2 × 9.81×1.98 4 Cd = 0.30

2 × 45.92 1.981 / 2 π  0.30 ×  0.152²  × 19.62 4  = 89.36 min

t vaciado =

0.034

π

2 As H 1/ 2 Cd × Ao × 2 g

t vaciado

Finalmente tenemos:

•

Cota batea de la tubería de entrada: 3193.925 m.s.n.m

•

Cota de la lamina de agua a la entrada: 3193.949 m.s.n.m

•

Cota de la lamina de agua en la cámara de aquietamiento: 3193.89 m.s.n.m

•

Cota de la lamina de agua en el sedimentador: 3193.89 m.s.n.m

•

Cota de la lamina de agua en la cámara de recolección: 3193.73 m.s.n.m

•

Cota en la corona de los muros del sedimentador: 3194.21 m.s.n.m

•

Cota del fondo de la cámara de aquietamiento: 3193.425 m.s.n.m

145

•

Cota batea de la tubería de lavado a la salida: 3191.925 m.s.n.m

•

Cota vertedero de salida: 3193.82 m.s.n.m

•

Cota del fondo de la cámara de recolección (0.30 supuesto): 3193.43 m.s.n.m

•

Cota de entrega desagüe de la tubería de lavado: 3191.91 m.s.n.m

FIG. 39

146

FIG. 40

147

FIG. 41

FIG. 42

148

FIG. 43

149

4.19 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Ingenieria de los recursos hidraulicos, presas

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

E. Rose Thrust Exertec. C. Zanger

Consulta

Consulta

1952

150

Consulta

Consulta

4.19

AUTO EVALUACION: UNIDAD 4

1. Determinar la velocidad de sedimentación de una partícula de 0.014 cm de diámetro cuyo peso especifico es 1.09 en agua a temperatura 15º C (emplee las figuras 4.2 y 4.3) 2. Enuncie las zonas que conforman un desarenerador y explíquelas ayudado de un esquema. 3. Si un desarenerador tiene un grado de n=3, como puede clasificarse sus deflectores. 4. ¿Eficiencia de un desarenerador? 5. ¿ Profundidad de la zona de lodos? 6. ¿Profundidad máxima y mínima en la zona de desarenacion?

151

CAPITULO V

UNIDAD 5: ESTADISTICA DE CONSUMO DE AGUA

OBJETIVO GENERAL:

Al finalizar esta unidad, el estudiante estará en capacidad de analizar y calcular el consumo de agua de una población, aplicando los factores de mayoracion K1 y K2, en cada caso.

152

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

•

Dar a conocer al estudiante la importancia que tiene el calculo de consumo de agua potable de una población.

•

Dar a conocer las normas que rigen los consumos de agua potable.

•

Desarrollar en el estudiante, la destreza para aplicar bien las normas y los cálculos.

•

Dar a conocer al estudiante la diferencia entre caudal promedio, caudal máximo diario, caudal máximo horario.

•

Dar a conocer al estudiante como se calcula el caudal de diseño.

153

INTRODUCCION: 5.1 CONSUMO El consumo de una población se divide en: 1. 2. 3. 4.

Consumo domestico Consumo industrial y comercial. Consumo publico Consumo por perdidas y desperdicios.

5.2 CONSUMO DOMESTICO: Varia con el clima, la cultura, la población, las costumbres. En Argentina Buenos Aires donde no ha sido posible tener medidores de cifra de consumo domestico esta por encima de los 800 Lts./Hab./día. En Venezuela 200 Lts./hab./día, en muchas ciudades de Estados Unidos 378 Lts./hab./día. Constituido por el consumo familiar da agua bebida, lavado de ropa, baño y aseo personal, limpieza de cocina, riego de jardín, lavado de carro, y adecuado funcionamiento de la instalación sanitaria, representa el consumo predominante en el diseño. 5.3 TABLA DE CONSUMO DOMESTICO (SEGUN INSFOPAL) TABLA 5 POBLACION (HAB.)

DOTACION MINIMA (Lts./hab./día)

1000 1500 20000 25000 50000 100000

100 125 140 150 160 170

154

5.4 VALORES DE CONSUMO DE AGUA (SCHOCKLISTH) TABLA 6 LAVADO DE ROPA INODOROS LAVADO DE PLATOS (bebida y cocina) LAVADO DE PISOS RIEGO DE JARDINES LAVADO DE AUTOMOVILES (cada vez) ASEO PERSONAL (duchas)

10 A 15 Lts./hab./día 15 A 20 Lts./hab./día 20 A 30 Lts./hab./día 1.5 Lts./m² 1.5 Lts./m² 250- 300 Litros 20-45 Lts./hab./día.

5.5 CONSUMO INDUSTRIAL: Utilizado en áreas de desarrollo destinado a la industria y comercio. NOTA: El consumo por industria no incluye para efectos del consumo de calculo de consumo medio.

5.6 PERDIDAS: Es la diferencia entre la estimación o medida de agua que ingresa el sistema y el consumo de las conexiones prediales. Pueden clasificarse como:

1. No físicas o comerciales: El agua consumida pero no registrada por lo micro medidores. 2. Físicas: Es agua que escapa del sistema por falla de sus componentes, la que rebosa en los tanques, mal estado de las válvulas y conexiones defectuosas.

Para cubrir las perdidas de agua, en el diseño se estima (de acuerdo con el INSFOPAL), en un 20% del consumo domestico.

155

5.7 CONSUMO POR INCENDIO TABLA 7 AGUA PARA INCENDIOS SEGÚN ESTADOS UNIDOS HABITANTE CAUDAL REQUERIDO 1000 63 Lts./seg. 2000 95 Lts./seg. 3000 111 Lts./seg. 4000 126 Lts./seg. 5000 142 Lts./seg. 6000 158 Lts./seg. 10000 188 Lts./seg. 17000 252 Lts./seg. 22000 283 Lts./seg. 40000 378 Lts./seg. 80000 505 Lts./seg. 100000 566 Lts./seg. 150000 695 Lts./seg. 200000 755 Lts./seg.

5.8 CONSUMO PUBLICO Utilizado en zonas publicas, lavado de calles, piletas, parques, jardines públicos, mataderos, hospitales, etc. Para poblaciones inferiores a 20000 hab. El consumo es de 35 lts./hab./día.. El INSFOPAL establece tomar del 0 al 3% del consumo domestico.

CONSUMO PÚBLICO (INSFOPAL) TABLA 8 LAVA DE CALLES (PISOS) FUENTES PUBLICAS HOSPITALES MATADEROS (POR CABEZA SACRIFICADA)

1.5 Lts./m² 15 A 20 m³/día c/u 400 Lts./enfermo/día 1300-1500 Lts.

156

Ejemplo: Se desea determinar el consumo per. cápita (por cabeza), para una ciudad cuya población de diseño es de 100000 hab. No se tiene registro histórico de consumo. Área promedio de pisos por vivienda Área promedio de jardines Numero de personas por vivienda

90 m² 40 m² 8

Desarrollo:

Consumo domestico: Ducha: Lavado de ropas: Inodoro:

30 lts./hab./día 45 lts./hab./día 15 lts./hab./día 20 lts./hab./día --------------------------∑= 110 lts./hab./día

Lavado de pisos:

1.5 lts/m² x (90 m²/Viv.) x 1 = 16.87 lts./ 8 hab./Viv. día

Riego de jardines:

1.5 x 40 = 7.50 lts./hab./ día 8

Total consumo: 110+16.87+7.50= 134.37 lts./hab./día Según norma de Insfopal, (ver tabla de consumos),para 100000 hab. Le corresponde 170 lts./hab./día, luego según la norma se escoge el mayor valor entre el calculado y el de la tabla. Entonces el consumo domestico es 170 lts./hab./día Consumo publico 3% (170) Perdidas 20% (170)

= =

5.1 lts./hab./día 34 lts./hab./día

Total consumo 170+5.1+34= 209.1 lts./hab./día. 157

CONSUMO INDUSTRIAL: (LOCALIZADO) Existe una fabrica de curtidos cuyo consumo al final del periodo de diseño será de 30 m³/día. 30000 = 0.35 lts./seg. 86400

Según Fair y Gayer, en entidades Norteamericanas los consumos son bastante grandes entonces tenemos la siguiente tabla: Consumo domestico Consumo publico Consumo comercial Consumo industrial Agua no medida

188 lts./hab./día 38 lts./hab./día 75 lts./hab./día 188 lts./hab./día 38 lts./hab./día 527 lts./hab./día

Debe considerarse la adopción de una cifra de 170 lts./hab./día (norma INSFOPAL), en poblaciones medianas y pequeñas, como promedio diario. Caudal promedio: Con el valor de 209.1 lts./hab./día (excluyendo el consumo industrial), se puede deducir cual será el consumo promedio al final del periodo de diseño: Q(promedio)= Consumo x población 86400 Q(promedio)= 209.1 x 100000 = 86400

242 lts./seg.

Consumo industrial Total

0.35 lts./seg. = 242.4 lts./seg.

=

En los países de la zona tórrida como Colombia, Venezuela, Ecuador, Perú etc. Las variaciones del consumo son menos acentuadas.

158

El Insfopal especifica tomar entre 1.2 y 1.4 como factor para multiplicar el caudal medio y obtener el caudal máx. diario. Entonces: Donde:

CMD =K1 x Cm CMD= Caudal máximo diario. K1= factor de mayoracion. Cm= Consumo medio.

Fair y Gayer anotan para ciudades norteamericanas tomar K1 entre 1.2 y 2.0. El ejemplo anterior, si adoptamos un valor de 1.3, se tiene: CMD= Consumo industrial= Total=

1.3 x 242 = 314.6 lts./seg. 0.35 lts./seg. 314.95 lts./seg.= 315 lts./seg.

Según lo anterior la fuente de captación del agua para el acueducto, debería tener si se proyecta tanque regulador un caudal de 315 lts./seg. Si no se proyecta tanque regulador, o si la conducción se efectúa por bombeo, deberá tener capacidad necesaria para el máximo consumo horario mas consumo industrial, si es por gravedad, o tener en cuenta el numero de horas de bombeo, si la conducción se efectúa por medio de bombas.

5.9 FACTORES QUE AFECTAN L CONSUMO 1. TIPO DE COMUNIDAD: Una comunidad o zona a desarrollar esta constituida por sectores residenciales, comerciales, industriales y recreacionales cuya composición porcentual es variable para cada caso. Esto permite fijar el tipo de consumo de agua predominante. Así si el área es residencial, el consumo predominante será domestico. Si el área es industrial y comercial los consumos serán industriales.

2. FACTORES METEREOLOGICOS: Ejemplo la temperatura, entre mayor sea, mayor será el consumo de agua. También varia los consumos debido a la distribución de las lluvias, se beberá mas agua, el aseo personal será mas frecuente. etc. 159

3. TAMAÑO DE LA COMUNIDAD: Investigaciones hechas en países desarrollados han puesto de manifiesto que los consumos per. cápita (por cabeza) aumentan con el tamaño de sus habitantes. Una de las expresiones que procurar calcular tal factor es: 0.125

G= 54P G= Consumo per. cápita en galones/p./día P=población en miles. 4. PRESION DE LA RED DE DISTRIBUCION: Si se tienen altas presiones en la red se presentan mayores desperdicios en el consumo domestico al abrir las llaves de los lavamanos, duchas, etc. 5. CALIDAD DEL AGUA: Si el agua es de buena calidad y bien tratada la gente la consumirá mucho mas y con mucha confianza. 6. CARACTERISTICAS ECONOMICAS-SOCIALES: Si hay mas cultura, educación y mas ingresos habrá mayor consumo de agua. Las Empresas Publicas de Medellín, asignan así consumos per. capita: BARRIOS RESIDENCIALES CLASE ALTA BARRIOS RESIDENCIALES OBREROS BARRIO RESIDENCIALES CLASE MEDIA

282-352 lts./hab./día 152-202 lts./hab./día 202-282 lts./hab./día

7. SERVICIOS DE ALCANTARILLADO: Cuando se dispone una red completa de alcantarillado se incrementa el consumo de agua potable para uso sanitario, duchas, lavado de utensilios de cocina, lavado de carro, etc. 8. ISTRACION: Cuando la istración tiene la precaución de controlar los usos del agua, entonces se reducirán los costos de esta en las tarifas. 9. MEDIDORES: Si se tienen medidores en buen estado (marcando bien), se reducirá el consumo de agua. La calidad, cantidad y control del agua, no son factores a considerar en el diseño.

160

5.10 CONSUMO MEDIO (Cm) Indica el promedio aritmético de los consumos día a día, en el periodo de un año, determinado mediante registros de consumo. Si no los hay, se aplica la expresión: Cm= P x d 86400

Cm= consumo medio en lts./seg. d= dotación en lts./hab./día P= promedio de habitantes al final del periodo de diseño.

5.11 CONSUMO MAXIMO DIARIO: (CMD) Es el máximo consumo de una serie de registros observados durante un año calendario (365 días). Se calcula con: CMD=K1 x Cm CMD= consumo máximo diario en lts./seg. K1= Factor según el Insfopal, esta en el rango de 1.2≤K1≤1.4; es un factor de mayoracion.

5.12 CONSUMO MAXIMO HORARIO (CMH) Es la hora de máximo consumo durante el día. Se calcula así: CMH= K2 x CMD CMH= Consumo máximo horario en lts./seg. K2= Factor de mayoracion, según Insfopal esta entre 1.4≤K2≤1.7

161

5.13 CONSUMO PER CAPITA Es la demanda de agua por persona, en lts./hab./día, se dice que es la suma de los consumos domésticos, industriales, públicos y perdidas.

5.14 CONSUMO FUTURO

Los consumos anteriores son para emplearlos en forma actual, cuando estos se incrementan con diversos factores tenemos, entonces: La formula de planeacion nacional: Consumo (lts./hab./día)

=

log P-1.8 0.014

P= población actual o futura.

5.15 CAUDAL DE DISEÑO

Se debe calcular en forma apropiada para diseñar todas las obras que componen la red del acueducto. Trabajamos con tres caudales: 1. Caudal medio 2. Caudal máximo diario. 3. Caudal máximo horario.

1.

CAUDAL MEDIO:

Es el caudal promedio obtenido de un año de registros, se toma como la base para el calculo del Caudal Máximo Diario y Máximo Horario. Se obtiene con: Q(medio o promedio lts./seg.)= Consumo(lts./hab./día) x Población (hab.) 86400

162

2. CAUDAL MAXIMO DIARIO:

Es el máximo que se obtiene, se presenta en un día del año, es el máximo consumo al año. Se calcula con: Q(máx. diario)= K Q(promedio) K= 1.2; (factor de mayoracion)

3. CAUDAL MAXIMO HORARIO. Es la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo. Se calcula con: Q(máx. horario)=(Factor de mayoracion)(Q máx. diario)

Comparación de factores de mayoracion, según estudios hechos en Colombia y África TABLA 9 POBLACION EN HAB. EN COLOMBIA < 5000 5000-20000 > 20000 EN AFRICA Aldeas Pueblos Ciudades

FACTOR DE MAYORACION K 1.8 1.65 1.50 3.60 2.50 1.50

163

5.16 Ejemplo de calculo de caudal: Se tiene la siguiente proyección de población:

AÑO POBLACION (HAB.) zona rural 2006 85516 2011 92407 2016 99577 Como es para zona rural (según norma), para zona rural, se toma un consumo típico actual de 140 lts./hab./día Para calcular el consumo futuro, emplearemos: Método de Planeacion Nacional: Consumo (lts./hab./día)=

Log P – 1.8 0.014

Los resultados son: Si P= 85516 hab. Consumo = Log 85516-1.8 = 224 lts./hab./día 0.014

Si P= 92407 hab. Consumo = Log 92407-1.8 = 226 lts./hab./día 0.014

Si P= 99577 hab. Consumo = Log 99577-1.8 = 229 lts./hab./día 0.014

Aplicando la norma de 10% de la población, según los Estados Unidos:

164

92407-85516= 6891 85516 6891

⇒ 100% X

⇒ X= 8.06%

99577-92407= 7170 92407 7170

⇒ 100% X

⇒ X= 7.76%

Por incremento de consumo tomo el 10% (norma) de 8.06%; o sea 0.806%; y 7.76% o sea 0.776%. En resumen se tendrá, la tabla: AÑO (1)

POB.(HAB.) (2)

2006 2011 2016

85516 92407 99577

INCREMENTO INCREMENTO CONSUMO DE DE Lts./hab./día POBLACION CONSUMO (4) (5) (3) 0.806% 224 8.06 % 226 0.776% 229 7.76%

Aplicando las formulas correspondientes, se tiene:

Q(promedio)= Consumo x Población 86400 * Para 85515 hab. Y 224 lts./hab./día, se tiene: Q(promedio)= 224 x 85516= 222 lts./seg. 86400

* Para 92407 hab. Y 226 lts./hab./día, se tiene:

165

Q(promedio)= 226 x 92407= 242 lts./seg. 86400

* Para 99577 hab. Y 229 lts./hab./día, se tiene: Q(promedio)= 229 x 99577= 264 lts./seg. 86400 CALCULO DE CAUDAL MAXIMO DIARIO

* Para 85516 hab. Y 224 de consumo Q(máx. diario)= 1.2 x 222 = 267 lts/seg.

* Para 92407 hab. Y 226 de consumo Q(máx. diario)= 1.2 x 226 = 271 lts/seg.

* Para 99577 hab. Y 229 de consumo Q(máx. diario)= 1.2 x 229 = 275 lts/seg.

CALCULO DEL CAUDAL MAXIMO HORARIO ⇒ Según norma (ver tabla), tomamos en K= 1.5 porque el numero de habitantes es mayor de 20000 hab. ⇒

Q(máx. diario)= 1.5 x 267= 401 ltrs./seg. Q(máx. diario)= 1.5 x 271= 407 ltrs./seg Q(máx. diario)= 1.5 x 275= 413 ltrs./seg.

Resumiendo, se tiene la siguiente tabla:

166

AÑO (1)

POBALCI CONSUMO ON (lts./hab./día (HAB.) ) (3) (2)

Q(Prom .) lts./seg. (4)

2006 2011 2016

85516 92407 99577

222 242 264

224 226 229

Q(máx. diario) lts./seg . (5) 267 271 275

FACTO R DE MAYOR. K (6)

Q(MAX. HORARIO ) Lts./seg. (7)

1.5 1.5 1.5

401 407 413

Ejemplo: La ciudad A tiene 18000 hab. Y esta suplida por un volumen de agua de 4500000 lts. De caudal, durante 24 horas. Hallar el consumo per. capita A= 4500000 lts. = 250 lts./hab./día 18000 hab.

167

5.17 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Ingenieria de los recursos hidraulicos, presas

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

E. Rose Thrust Exertec. C. Zanger

Consulta

Consulta

1952

168

Consulta

Consulta

5.18 AUTOEVALUACION: UNIDAD 5 1. División del consumo de una población. 2. Con que unidad se representa en consumo de agua. 3. Según el Insfopal, para consumo, publico en que cantidad toma para: a. Fuentes publicas b. Hospitales c. Mataderos 4. Se desea determinar el consumo per. capita para una ciudad cuya población de diseño es 50000 hab. DATOS: Área promedio de pisos por vivienda Área promedio de jardines Numero de perdonas por vivienda Consumo domestico Ducha Lavado de ropa Inodoro

100 m² 60 m² 6 30 lts./hab./día 45 lts./hab./día 15 lts./hab./día 20 lts./hab./día

5. Con que formula se obtiene el caudal promedio Q(prom.) 6. Nombre los factores que afectan el consumo 7. Con que formula se obtiene el CMH 8. Con que formula se obtiene el CMD 9. Según Planeacion Nacional para una población de 50000 hab., obtenga el consumo.

169

CAPITULO VI

UNIDAD 6: ABASTECIMIENTO DE AGUAS

OBJETIVO GENERAL: Al finalizar la unidad, el estudiante estará en capacidad de conocer, las fuentes de abastecimiento de aguas potables, las obras de captación, la línea de conducción, asociándola a las demás unidades anteriores.

170

OBJETIVOS ESPECIFICOS •

Dar a conocer al estudiante los elementos característicos de diseños y construcción de abastecimientos de agua.

•

Dar a conocer al estudiante las diferencias entre las estructuras que conforman una red de acueducto.

•

Desarrollar en el estudiante la destreza para calcular las diferentes obras de un acueducto aplicando correctamente las normas.

171

6.1 INFLUENCIA DE LAS VARIACIONES DE CONSUMO SOBRE EL SISTEMA

En general la finalidad de un sistema de abastecimiento es la de suministrar agua de forma continua y con presión suficiente a una comunidad, satisfaciendo necesidades tales como: sanitarias, sociales , económicas y de confort y propiciando su desarrollo. Para lograr esto es necesario que cada una de las partes que conforman el acueducto (sistema) este satisfactoriamente diseñada. En términos generales podemos considerar los elementos característicos de diseño de construcción y abastecimiento de agua como: -

Fuentes de abastecimiento. Obras de captación Línea de aduccion Tanque de almacenamiento Estación de bombeo Planta de tratamiento Redes de distribución Obras complementarias Desareneredores Chimeneas de equilibrio Válvulas de purga Ventosas Válvulas de supresión del golpe de Ariete.

6.2 LA FUENTE DE ABASTECIMIENTO Constituye la parte mas importante del acueducto y no debe ni puede concebirse un buen proyecto si previamente no hemos definido y garantizado fuente capaces de abastecer a la población futura de diseño. En la selección de las fuentes juega un papel importante los registros hidrológicos disponibles y las determinaciones estadísticas. Las fuentes de abastecimiento pueden ser: superficiales como los ríos, embalses, lagos y aguas lluvias o de aguas subterráneas o profundas (pozos). La elección del tipo de abastecimiento depende de factores como: localización, calidad y cantidad.

172

Se hace necesario que la fuente sea capaz de suplir el agua requerida para el día mas critico (día de máximo consumo). Entonces debemos considerar el factor K1 para afectar el consumo medio.

6.3 LA OBRA DE CAPTACION

Será dependiente del tipo de fuente, su diseño será ajustado a las características de la fuente y por lo tanto también ha de ser afectada por un factor K1 para la fuente. Dependerá del tipo de la fuente utilizada: si es fuente superficial, se usan las Bocatomas, si es subterránea se utilizaran pozos.

6.4 LA LINEA DE ADUCCION Y OBRAS DE CONDUCCION

Definida como la tubería que conduce agua desde la captación hasta el tanque de abastecimiento, debe satisfacer condiciones de servicio para el día de máximo consumo. Ello puede verse afectado además por situaciones topográficas que permitan una conducción por gravedad o por sistemas de bombeo. La conducción puede ir de la Bocatoma al desarenerador, del desarenerador al tanque de almacenamiento. Se puede conducir a veces por canales ( a flujo libre).

6.5 LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Elemento importante entre la fuente de almacenamiento y la red de distribución. De su funcionamiento depende en gran parte el que pueda proyectarse y ofrecer un servicio continuo y eficiente a la comunidad. Los tanques son necesarios cuando la demanda es menor que el suministro y utilizarla en periodos en que la comunidad necesita cantidad de agua.

173

6.6 LA ESTACION DE BOMBEO

Interviene una variable adicional que es el numero de horas de bombeo, por lo cual al considerar el crecimiento poblacional, en el periodo de diseño el factor asumido para el caso del día de máximo consumo pudiera ser absorbido mediante una variación de tiempo de bombeo para el día critico, logrando diseños mas económicos, entonces tenemos:

Qb= 24 x Qm N Qb= Caudal de bombeo N= numero de horas de bombeo Qm= consumo medio en lts./seg.

6.7 LA PLANTA DE TRATAMIENTO

En la actualidad ningún agua es apta para el consumo humano, necesita un tratamiento de cloración para prevenir contaminación durante su conducción.

6.8 LA RED DE DISTRIBUCION

Habrá que considerar un factor K dependiente de las horas de máximo consumo que garantice la eficiencia del servicio.

Q máx.= K x Qm. Q máx.= Consumo o caudal máximo K= Factor de mayoracion. También deberá contemplarse una condición para el caso de incendio, se debe emplear en factor K3

174

Qi= K2 Qm+N Qi= Caudal de incendio. K2= Factor de mayoracion, oscila entre 1.5 y 1.8 N= numero de horas de bombeo.

6.9 Ejemplo: Estimando que la población deber ser abastecida para el periodo de diseño previsto, alcanzara una población de 90000 hab. y que la dotación se ha estimado de 270 lts./hab./día. Determínese para cada elemento del sistema el gasto a considerar para el diseño, son N=16 horas de bombeo.

1. Calculo del gasto medio futuro: Qm= 90000 x 270 = 281.3 lts./seg. = Q(medio) 86400 2. Calculo del gasto máximo diario

Q máx. Diario= K Qm.

Si K= 1.2 Q máx. diario= 1.2 x 281.3 = 337.6 lts./seg.

3. Calculo del caudal máximo horario

Q(máx. horario)= K Q máx. diario

Tomando K=1.5 para población mayor de 20000 hab.

175

Q(máx. horario)= 1.5 x 337.6 = 506.4 Lts./seg.

4. Calculo del gasto de incendio

Qi= K2 Qm+N

Qi= 1.8 x 281.3 + 16 = 522.34 lts./seg.

5. Calculo para el gasto de bombeo para N=16 horas

Qb= 24 x Qm N Qb= 24 x 281.3 = 422 lts./seg. 16

6.10 CLASES DE TUBERIA

En los proyectos de acueductos intervienen las tuberías como elemento principales del sistema. Para ello la selección del material a emplear debe hacerse atendiendo diversos factores que permiten lograr el mejor diseño:

1. De acuerdo al material empleado, puede ser: a. Tuberías de hierro fundido (H.F) b. Tuberías de hierro fundido dúctil (H.F.D) c. Tuberías de acero galvanizado (H.G)

176

d. tuberías de asbesto cemento a presión (A.C.P) e. Tuberías de policloruro de vinilo (PVC).

177

6.11 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Mecánica Fluidos Mecánica De Fluidos y maquinas hidráulicas Ingenieria de los recursos hidraulicos, presas

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Franzine Finnemore Mataix Claudio

Mc-Graw-Hill

Novena

Consulta

Alfaomega

Segunda

Consulta

1952

Consulta

E. Rose Thrust Exertec. C. Zanger

178

Consulta

Consulta

Consulta

6.12 AUTOEVALUACION: UNIDAD 6

1. Hable brevemente de: a. De la fuente de abastecimiento. b. De la obra de captación. c. De la línea de conducción

2. Estimando que la comunidad debe ser abastecida para el periodo de diseño previsto alcanzara una población de 150000 hab. Y que la dotación se ha estimado en 300 lts./hab./día. Determine para cada elemento del sistema al gasto a considerar. Para el diseño, son 20 horas de bombeo. 3. ¿Que clase de tubería (según el material) conoce?.

179

CAPITULO VII

UNIDAD 7: LINEA DE ADUCCION POR GRAVEDAD

OBJETIVOS GENERALES:

Al finalizar esta unidad, el estudiante estará en capacidad de calcular una línea de aducción por gravedad, aplicando correctamente, las formulas y las normas pertinentes.

180

OBJETIVOS ESPECIFICOS

•

Dar a conocer al estudiante los elementos característicos de una línea de aducción por gravedad.

•

Dar a conocer al estudiante las normas y la secuencia para diseñar una línea de aducción por gravedad.

•

Dar a conocer al estudiante que tuberías se deben diseñar para soportar las pequeñas y grandes presiones en la red.

•

Que el estudiante pueda calcular las cargas estáticas, las líneas piezometricas, las líneas de energía totales, las cámaras de quiebres de presión.

•

Que el estudiante este en capacidad de calcular las distancias horizontales (DH) y las distancias inclinadas (DI) en la conducción.

181

INTRODUCCION

Una línea de aducción esta constituida por la tubería que conduce agua desde al obra de captación hasta el estanque de almacenamiento, así como de las estructuras, rios, dispositivos y válvulas integradas a ella. Deben ubicarse tanquillas, desareneradores, válvulas reductoras de presión, chimeneas de equilibrio, válvulas de expulsión de aire (ventosas), válvulas de limpieza (purga), llaves de paso, reducciones, codos, anclajes, etc. Ante las diferentes alternativas (gravedad o bombeo) no cabe duda que a costos iniciales iguales, resultaría mas conveniente a largo plazo, la solución por gravedad.

7.1 CRITERIO PARA DISEÑO

Todo diseño debe estar sustentado sobre criterios técnicos y económicos, una línea de aducción por gravedad debe aprovechar al máximo la energía disponible para conducir el caudal deseado, que en la mayoría de los casos conducirá a la selección del diámetro mínimo que satisfaciendo razones técnicas (capacidad) permitan presiones iguales o menores que las que la resistencia Fìsica de los materiales soportarían. Para el diseño de una línea de aducción por gravedad se deben tener en cuenta los siguientes criterios:

1. La carga disponible o diferencia de nivel 2. Capacidad para transportar el caudal (gasto) máximo diario. 3. Clase de tubería que soporta las presiones hidrostáticas, necesidades de excavaciones para colocar tubería enterrada o por el contrario dificultades o excavaciones antieconómicas que impongan el uso de tubería sobre soportes.

182

4. Diámetros económicos que garanticen capacidad de transporte de caudal. 5. Estructuras complementarias que se predicen para el buen funcionamiento, tales como Bocatomas, desareneradores, tanques, etc. Ejemplo: La siguiente figura muestra el perfil de una línea de aducción por gravedad, nos permite valorar los criterios antes indicados.

FIG. 44

7.2 CARGA DISPONIBLE

Viene representada por la diferencia de elevación entre la obra de captación (nivel mínimo de aguas en la captación) y el estanque de almacenamiento (nivel máximo de aguas en el estanque). La carga disponible:

183

322.5-290.60= 31.9 m= 31900 kgf/m², en una longitud de 1320 m (distancia inclinada DI). Un diseño ajustado a esta diferencia de carga lograría aprovechar la energía con una combinación de diámetros (Ø1,Ø2), cuya perdida de carga fuese equivalente a 31.90 m, lográndose así el diseño mas económico. El grafico con cuadro de DH (distancias horizontales) y DI (distancias inclinadas), y cotas, nos permite visualizar los tramos para cada clase de tubería o los RDE (relación-diámetro-espesor) de cada tramo si se trata de tubería PVC, lo mismo nos permite el calculo de distancias horizontales e inclinadas y cotas tramo a tramo para las correspondientes clase RDE de la tubería. La existencia de un punto E, el cual puede considerarse como punto critico de este diseño, obliga a verificar analíticamente o mediante el trazado de la línea piezometrica las presiones de estos puntos criticas de diseño.

7.3 GASTO O CAUDAL DE DISEÑO

Se estima el gasto medio futuro de la población para el periodo de diseño seleccionado. El caudal de diseño esta dado por el caudal máximo diario, así:

QMD= K1 Qm. QMD= caudal máximo diario (lts./seg.) Qm= Caudal medio (lts./seg.) K1= factor de mayoración de caudal Ejemplo: Sean 12000 hab., dotación: 250 lts./hab./día

Qm= P x d= 12000 x 250 = 34.72 lts./seg. 86400 86400

184

Por las condiciones sociales y culturales K1= 1.2. QMD= Qm K1= 34.72 x 1.2 = 41.66 lts./seg. QMD= 0.04166 m³/seg.= caudal máximo diario.

Ejemplo: En la figura se muestra el perfil de una línea de aducción por gravedad que nos permite valorar los criterios antes indicados:

FIG. 45

185

7.4 CARGA ESTATICA DISPONIBLE

Esta dada por la diferencia de elevación entre la obra de captación (nivel mínimo de aguas en la captación) y el tanque de almacenamiento (nivel mínimo de aguas en el tanque). En el caso presentado se dispone de una carga de 322.5 + 3 = 325.5 Entonces la carga es 325.5-290.6 = 34.90 m En una longitud inclinada (DI= 1320 m). Un diseño ajustado a esta diferencia de carga lograría aprovechar la energía con una combinación de diámetros (Ø1, Ø2), cuya suma de perdidas de carga fuese equivalente a 34.9 m Lográndose así un diseño económico. La existencia de un punto E, que se considera como punto critico (esta muy cerca de la línea piezometrica), de este diseño, obliga a verificar analíticamente o mediante el trazado de la línea piezometrica las presiones en estos puntos críticos.

7.5 CLASE DE TUBERIA CAPAZ DE SOPORTAR LAS PRESIONES HIDROSTATICAS Están definidas por las máximas presiones que ocurran en la línea, la cual estará definida por la línea de carga estática. Siendo los costos funcion del espesor, se procura utilizar la clase de tubería ajustada a los rangos de servicio. En la figura anterior se ve que la carga máxima ocurre en el punto D, cuya presión hidrostática será: 325.5-186.4 = 139.1 m

186

7.6 CLASES DE TUBERIA EN FUNCION DE LA PRESION

TABLA 10 CLASE

100 150 200 250

PRESION DE TRABAJO (Psi)

100 150 200 250

PRESION DE TRABAJO (mca), metros columna de agua 70= RDE 41 105 140= RDE 21 175

De acuerdo a las clases de tubería señaladas en la tabla anterior, podemos utilizar tuberías desde clase 100= RDE 41, hasta la clase 200 =RDE 21. Entonces determinamos las longitudes correspondientes a cada clase y aprovechar al máximo la de menor costo hasta su limite de aceptación. Vemos que la mas económica es la clase 100= RDE 41, buscamos su limite de aceptación ubicado en el punto C1 de cota 255.50m.

Así sucesivamente se definen los puntos que definen las cotas y DH y DI (distancia horizontal y distancia vertical) limites de aplicación de la tubería clase 100. Por debajo de estos puntos y hasta los puntos de cota 220.5 m utilizamos tubería 150, igual procedimiento haríamos para la fijación de la tubería 200.

TUBERIA CLASE 100 = RDE 41 325.5-70= 255.5 m Luego, se usara tubería clase 100, todos los tramos con cota inferior a 325.5 m y superior a 255.5 m. Ocurre esto en los puntos C1 y D2 (de la grafica)

187

tubería clase 100: punto C1

c ( 305, 304)

48.5 117.6

C1 255.5

X

D (531.34; 186.4)

226.34

En sentido horizontal 531.34-305= 226.34 En sentido vertical 304-186.4= 117.6

También 304-255.5= 48.5 m. Por relación de ∆s : 17.6 = 48 .5 226.34 X X= 226.34 x 48.5 = 93.31 m 117.6

188

C

48.5

P1 93.31 1= √( (48.5)²+(93.91)²)= 105.16 m DH= 305+93.31= 398.31 m DI= 310+105.16= 415.16 m

PUNTO D2 E (763.94; 317.50)

62

D2

X

255.5

D

D (531.34; 186.4)

189

131.1

En sentido horizontal: 763.94-531.34= 232.6 m En sentido vertical: 317.5-186.4= 131.1 m También: 317.5-255.5= 62 m Por relación de ∆s : 62 X

= 131.1 232.6

X= 232.6 x 62= 110 m 131.1 E

62

D2 110

D2E= √( (62)²+(110)²)= 126.26 m DH= 763.94-110= 653.94 m DI= 832-126.26= 705.34 m

Tubería Clase 150 325.5-105= 220.5 Se usara tubería 150 en los tramos comprendidos entre las cotas 255.5 m y los 220.5 m, es decir entre los puntos C1 y C2 y entre los puntos D1 y D2

Tubería clase 150, Determinación del punto C2

190

c ( 305, 304)

83.5 117.6

C2

220.5

X

D (531.34; 186.4)

226.34

En sentido horizontal 531.34-305= 226.34 En sentido vertical 304-186.4= 117.6

También 304-220.5= 83.5 m. Por relación de ∆s :

X 226.34

=

83.5 117.6

X= 226.34 x 83.5 = 160.70 m 117.6 DH= 305+160.7 = 465.7 m CC2 = √( (160.7)²+(83.5)²)= 181.08 m

DI= 310+181.08 = 491.08 m

PUNTO D1 191

E (763.94; 317.5)

D1

X

220.5

D

D (531.34; 186.4)

En sentido horizontal 763.94-531.34= 232.6 m En sentido vertical 317.5-186.4= 131.1 m

También 317.5-220.5= 97 m. Por relación de ∆s :

X 232.6

=

97 131.1

X= 172.09 m D1E = √( (172.09)²+(97)²)= 197.54 m

DH= 763.94-172.09 = 591.79 m DI= 832-197.54= 634.45 m

192

7.7 CALCULO DE DIAMETROS, (para el Ejemplo) En todo caso, sea en toda la longitud de la línea o en tramos, la selección de diámetros mas conveniente resultara para aquella combinación que aproveche al máximo ese desnivel haciendo J= ∆H Utilizando la formula ∆H= α LQ² y X= ∆H –α2 LQ² Q²(α1-α2) Pero α= ∆ H LQ²

Como Q= QMD= 41.66 lts./seg.= caudal de diseño ∆H= 325.5-317.5= 8 m α= ∆ H = 8……. = 0.00000554 LQ² 832x (41.66)² El valor de α= 0.00000554 esta comprendido entre: α1= 0.000002645, para Ø= 10” α2= 0.000008547, para Ø= 8” Lo anterior para C=100, α1 y α2 se obtienen en las tablas, entonces: X= ∆H-α2 LQ² Q²(α1-α2)

X= 8 - 0.000008547 x (832) x (41.66)² (41.66)²(0.000002645-0.000008547) X=

8 - 12.27 -0.0102397

X= 417 m

L-X será: 832-417= 415 m 193

Para fines prácticos; colocar: 417 m en Ø 10”, que equivale a 417 = 69.5= 70 tubos de 6 m c/u 6 415 m en Ø 8”, que equivale a 415 = 69 tubos de 6 m c/u 6

Así que: 417+415= 832 m A partir del punto E, diseñamos con la carga disponible, o sea: 317.5-290.6= 26.9 m = ∆H α= ∆ H LQ² α=

L= 1320-832= 488 m

26.9 = 0.0000317 488 x (41.66)²

Valor que esta comprendido entre α1= 0.00002697, para Ø= 6” α2= 0.0002178, para Ø= 4” Con C= 120, α1 y α2, se obtienen en tablas X= ∆H-α2 LQ² Q²(α1-α2)

X= 26.9-0.0002178 x (488) x (41.66)² (41.66)²(0.00002697-0.0002178) X= 475.6 m = 476 m

194

L-X será: 488-476= 12 m

Para fines prácticos; colocar: 476 m en Ø 6”, que equivale a 476 = 79 tubos de 6 m c/u 6 12 m en Ø 4”, que equivale a 12 = 2 tubos de 6 m c/u 6 Se prefiere usar todo el tramo de 488 m en tubería de Ø 6” y colocar 488/6 = 81 tubos de Ø 6”.

En resumen se deberá colocar: Tubería clase 100= RDE 41, soporta 100 Psi Tubería clase 150= soporta 150 Psi Tubería clase 200= RDE 21, soporta 200 Psi

195

7.8 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Diseño de acueductos

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Arocha Simon

R.

Consulta

Consulta

Consulta

Consulta

196

7.9 AUTOEVALUACION: UNIDAD 7

1. Como se obtiene la carga disponible en una línea de aducción por gravedad, ilústrelo con un ejemplo. 2. Si P=15000 hab. Dotación= 280lts./hab./día, obtenga: a. Qm. b. QMD 3. Que presión de trabajo resiste la tubería clase 100 4. Transforme una presión de 0.5 kgf./cm² a: a. b. c. d.

m.c.a Psi Atmósferas Kpa.

197

CAPITULO VIII

UNIDAD 8: CONDUCCIONES Y CARACTERISTICAS DE LA CONDUCCION

OBJETIVO GENERAL: •

Al finalizar esta unidad, el estudiante estar en capacidad de diseñar una conducción de agua potable junto con sus características.

198

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

•

Estimar la importancia sanitaria de los sistemas de acueducto en el desarrollo y calidad de vida del ser humano.

•

Adquirir la capacidad de proyectar y diseñar sistemas de acueductos con criterio técnico y económico que beneficien a la comunidad.

•

Desarrollar la destreza en el estudiante para aplicar adecuadamente las normas que rigen las conducciones de agua potable.

199

8.1 PRIMERA POSICION TUBERIA SITUADA POR DEBAJO DE LA LINEA PIEZOMETRICA

FIG. 46 Es la posición óptima de la tubería y más ideal, la cual debe procurarse siempre que sea posible. El flujo será normal y el caudal que transporta la tubería será el caudal calculado. Las líneas de conducción debe ser provista de válvulas de limpieza (válvulas de purga), en los puntos mas bajos para evacuar periódicamente los sedimentos que se acumulan en estos puntos.

En los puntos mas elevados deben instalarse “ventosas” permiten expulsar el aire acumulado, luego las válvulas funcionaran correctamente porque la presión en el interior del tubo siempre será mayor que la presión barométrica o atmosférica local. Las líneas por gravedad tiene la tendencia a acumular aire en los puntos altos, cuando se tienen presiones altas, el aire tiende a disolverse y continua en la tubería hasta que es expulsado, pero en los puntos altos de baja presión el aire no se disuelve creando bolsas que reducen el área útil de la tubería. La acumulación de aire provoca golpe de Ariete.

200

A fin de prevenir este fenómeno deben utilizarse válvulas automatitas (en los puntos altos) que permitan la expulsión del aire. El aspecto de una ventosa es variado, pero en general consta de un cuerpo vacío que contiene un flotador esférico y su funcionamiento consiste en que este flotador asciende cuando exista presión de agua el cual cierra automáticamente el orificio hacia el exterior. En cambio, si en la tubería de presión hay aire este no es capaz de levantar el flotador, pero permite el escape del aire que es expulsado al exterior.

FIG. 47

FIG. 48

201

8.2 SEGUNDA POSICION

FIG. 49 La tubería coincide con la línea piezometrica efectiva, la tubería fluye a tubo lleno o parcialmente lleno. Si se practica un orificio en la generatriz superior del tubo no se provoca la salida del agua hay carga de presión cero. Desde el punto de vista hidráulico no tiene problemas pero es raro encontrar este tipo de conducción.

202

8.3 TERCERA POSICION TUBERIA POR ENCIMA DE LA LINEA PIEZOMETRICA

FIG. 50 La presiona efectiva es negativa en los punto A y B, (menor que la presión atmosférica local). En este caso la tubería esta por encima de la línea de carga efectiva o piezometrica y por debajo de la línea piezometrica absoluta. Entre los puntos A y B se presentaran bolsas de aire. Debido a la presencia de aire en la tubería el caudal disminuye.

8.4 CUARTA POSICION LA TUBERIA ESTA POR ENCIMA DEL PLANO PIEZOMETRICO ESTATICO

203

FIG. 51 La tubería corta la línea piezometrica absoluta, o línea de carga absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectivo. (no es aconsejable). Luego se constituye en un sifón y por tanto habrá necesidad de la instalación de equipo necesario para cebar el sifón. 8.5 QUINTA POSICION TUBERIA POR ENCIMA DEL PLANO ESTATICO DE PRESION ABSOLUTA

FIG. 52

204

La tubería corta al plano de carga absoluta. El flujo por gravedad es imposible y luego se presenta la necesidad de bombear.

8.6 RIOS EN LA CONDUCCION FORZADA

1. VALVULAS DE PURGA

FIG. 53

FIG. 54 205

Las válvulas de purga (o de limpieza), se colocan es la parte baja de la conducción. En las líneas de aducción con topografía accidentada existe la tendencia a acumularse mucho sedimento en los puntos bajos, resulta conveniente colocar dispositivos (rios) que permitan periódicamente la limpieza de los tramos de tubería. La limpieza consiste en una derivación de la tubería provista de llave de paso. No se deben ubicar en tramos planos. Las derivaciones hacen por medio de una T cuyo diámetro mínimo es 2” (5 cm.)

La tabla siguiente indica los diámetros de la derivación con respecto al diámetro principal de tubería, la cual se basa en el criterio de ¼ de diámetro principal. 8.7 DIAMETRO DE LA VALVULA DE PURGA TABLA 11 Ø DE LA TUBERIA PRINCIPAL (pulg) 32-38 16-20 12-14 3-10 ≥ 40

Ø DE LIMPIEZA O DIAMETRO DE PURGA (pulg.) 8 4 3 2 (se toma 2 por que es el mínimo Ø) 10

206

8.8 VENTOSAS O VALVULAS DE EXPULSION DE AIRE

FIG. 55 Las líneas por gravedad tienen tendencia acumular aire en los puntos altos, cuando se tienen presiones altas, el aire tiende a disolverse y continua en la tubería hasta que es expulsado, pero en los puntos altos, de baja presión, el aire no se disuelve creando bolsas que reducen el área útil de la tubería. La acumulación de aire en los puntos altos provoca una reducción de área útil del flujo de agua y hay mucha perdida de energía y disminuye el caudal. La acumulación de aire puede ser ocasionalmente desplazada a lo largo de la tubería y provoca golpes repentinos e intermitentes similares a los golpes de Ariete (subpresión por cierre instantáneo de válvulas). A fin de prevenir este fenómeno debe utilizarse válvulas automáticas que ubicadas en todos los puntos altos permite la expulsión de aire acumulado. La colocación de VENTOSAS (válvulas de expulsión de aire) en tales puntos constituirá un factor de seguridad que garantizara la selección (área) útil para la circulación del caudal deseado. El aspecto de la ventosa es variado, pero en general consta de un cuerpo vacío que contiene un flotador esférico y su funcionamiento consiste en que este flotador asciende cuando existe presión de agua, el cual cierra automáticamente el orificio hacia el exterior.

207

FIG. 56 En cambio, si en la tubería de presión hay aire, este no es capaz de levantar el flotador pero permite el escape de aire que es expulsado al exterior. La forma de conexión de la ventosa es de rosca, la cual puede ser conectada directamente a la tubería como si fuera una llave maestra. Es de notar que su instalación debe ser vertical directamente sobre la tubería o conectada a la misma por medio de una tubería auxiliar con trazado ascendente. Para diámetros menores a 12” pueden usarse ventosas de ½” de diámetro. En el caso de redes de distribución, generalmente no se utilizan ventosas, ya que el aire es expulsado a través de las conexiones domiciliarias.

208

Las funciones de estas válvulas, son: 1. Expulsar el aire de dentro de la tubería durante su llenado. 2. Expulsar el aire que tiende a acumularse en los puntos altos. Como criterio general el diámetro de las ventosas es 1/12 del diámetro de la tubería principal y en todo mayor de ½”.

8.9 VALVULAS DE CONTROL

Además de los elementos vistos anteriormente se deberán instalar válvulas de control, al comienzo de la conducción y al final y cada 1000 metros para aislar tramos de tubería en caso de rotura de esta.

8.10 CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA VENTOSA

FIG. 57 Durante el llenado de la conducción el aire es expulsado a la atmósfera, cuando el aire sale entra el agua y el flotador sube y actúa obstruyendo el orificio.

209

El amplio orificio esta normalmente cerrado por la fuerza del flotador (subido por agua) y con la presión del agua evitando así la entrada de aire. El aire ocupa la cámara de la válvula y reemplaza el agua mientras la línea esta siendo desocupada.

8.11 MATERIALES Y PRESIONES DE TRABAJO Los materiales mas comunes son: • Acero • Asbesto cemento • Hierro fundido • Concreto plástico PVC 8.12 PRESIONES MAXIMAS DE TRABAJO

TUBERIA DE ASBESTO CEMENTO (ETERNIT) TABLA 12 CLASE

30 20 10

PRESION MAXIMA DE SERVICIO (m.c.a) 150 125 100

PRESION MAXIMA DE SERVICIO (Psi) 213 142 71

DIAMETROS COMERCIALES (Pulg.) 2, 4, 8, 10, 16, 20 4, 6, 10, 14, 16,20 6, 8, 12, 18, 24

PARA RELACION DIAMETRO-ESPESOR (RDE), PVC TABLA 13 RDE

21 41

PRESION MAXIMA DE TRABAJO (m.c.a) 140 70

PRESION MAXIMA DE TRABAJO (Psi) 199 97

210

DIAMETROS COMERCIALES (Pulg.) 2, 4, 6, 10 6, 8, 10, 12

8.13 CALCULO DE LA LINEA DE CONDUCCION

Empleamos la formula de HAZEN-WILLIAMS, material entre 0.05 m y 3.50 m de diámetro. 2.63

Q= 0.2785 C Ø

aplicada para cualquier

0.54

J

Q= m³/seg.= caudal Ø= diámetro en m J= Perdida de carga (m/m) C= Coeficiente de rugosidad de HAZEN-WILLIAMS. 8.14 COEFICIENTES DE RUGOSIDAD TABLA 14 MATERAL HIERRO FUNDIDO > 20 AÑOS ACERO SOLDADO (NUEVO) HIERRO FUNDIDO (15 AÑOS) CONCRETO ASBESTO-CEMENTO PLASTICO (PVC)

C 90 130 100 130 140 150

8.15 PERDIDAS DE CARGA

Se obtiene por: J= N1-N2 L1+L2+……+Ln

J= Perdidas de carga (m/m) N1= nivel mas alto N2= nivel mas bajo L1, L2, Ln= Longitud de la tubería

211

8.16 PERDIDAS DE CARGA PUNTUALES O MENORES

Para cualquier rio, se obtiene por:

H= K V² 2g

H= Perdidas en metros K= Coeficiente de perdida V= Velocidad de flujo g= gravedad.

Para una expansión brusca:

H=[(1-(Ø1/Ø2)²)]² x (V²/2g)

Para una contracción brusca:

H=[(1/Cc-1)²] x (V²/2g)

Cc= coeficiente de contracción= 0.62

Para un cambio de dirección: H=0.25 √(Ø/90) x (V²/2g)

Ø= Angulo de codo o de la deflexión en la curva

Para válvulas, llaves, codos, etc. 212

H=KV² 2g

K= Coeficiente de perdida de cada rio, se encuentra en tablas.

8.17 Por ejemplo: para ampliación gradual K=0.30 Para reducción gradual K= 0.15

Para válvula:

Abierta de ángulo; K=5 De compuerta ; K= 0.20 De globo; K= 10

Salida del tubo Entrada normal al tubo

K= 1.0 K= 0.5

8.18 SELECCIÓN DE CODO SEGÚN LA SUMA O DIFERENCIA DE PENDIENTES

-

Si la conducción pasa de pendiente positiva a pendiente negativa, entonces sumamos las pendientes así:

+35%

-20 %

+

35% +20%= 55%

Si la suma esta entre 54% y 83%, usaremos un codo de 22 ½” + 11 ¼”

-

Si la conducción pasa de menos a mas entonces sumaremos las pendientes: 213

-

-30%

+

+60%

30%+60%= 90%

Si la suma esta comprendida entre 84% y 119%, usaremos un codo de 45%.

Si la conducción pasa de pendiente negativa a pendiente negativa, entonces restamos pendientes así:

-4% - 30%

30%-4%= 26%

Si la suma esta comprendida entre 14% y 30% usaremos un codo de 11 ¼”.

214

-

Si la conducción pasa de pendiente positiva entonces restamos pendientes así:

a pendiente positiva,

+ 10%

60%

+

60%-10%= 50%

Si la resta esta entre 31% y 53%, usaremos un codo de 22 ½”.

La suma de todas las perdidas locales debe restares a la perdida de carga disponible por nivel, ya que parte de esta energía se requiere para vencer dichas perdidas.

A H PR

215

PA + VA² +ZA –Σ hf(A y B)= PB +VB²+ZB 2g 2g

Las perdidas (Σ hf(A y B), se restan al primer termino

8.19 EJEMPLO DE DESARENERADOR

DISEÑO

DE

CONDUCCION

BOCATOMA-

CONDUCCION BOCATOMA-DESARENADOR

m3 seg .

•

Qd = 0.030

•

Tubería en asbesto cemento: n = 0.009

•

Longitud de la conducción L = 50 metros.

•

S=

•

 n * Qd  φ = 1.548  1 / 2   S 

φ =

•

3195.76 − 3193.849 50

S = 0.03822

3/8

 0.009 * 0.030  φ = 1.548   1/ 2  0.03822 

0.131m 0.0254

 φ 8 / 3 * S 1/ 2 Qll = 0.312 *  n 

φ = 5.158”   

φ = 6" φ = 6” = 0.1524 m

216

3/8

 0.1524 8 / 3 * 0.038221 / 2 Qll = 0.312 *  0.009  •

Vll =

  

QLl ALl

Qll = 0.045 m3/seg.

Vll =

0.045

π 4

(0.1524 ) 2

Vll = 2.462 m/seg. •

Qd 0.03 = = 0.667 Qll 0.045

Utilizando la tabla 8.2 obtenemos los siguientes datos: •

Vr = 0.931 VLl

; teniendo Vr = 2.29 m/sg

•

d = 0.673 D

; teniendo d = 0.103 m

•

R = 1.163 RLl

• d + 1.5 × V ² = 0.103 + 1.5 × 2.29² = 0.504m 2g 2 × 9.81

3 1 9 5 .9 1 2 C O T A C L A V E S A L ID A B O C A T O M A

3 1 9 5 .7 6 C O T A B A T E A S A L ID A B O C A T O M A

217

Qexcesos = QLleno - Qdiseño Qexcesos = 0.045-0.030 = 0.015 m³/sg Qexcesos = 15 Lt/sg CONDUCCIÓN BOCATOMA-DESARENADOR

COTAS FINALES •

Cota batea a la llegada del desarenador: 3193.849 m.s.n.m

•

Cota clave a la llegada del desarenador: 3193.849+0.152=3194.001 m.s.n.m 3195.912 COTA CLAVE SALIDA BOCATOMA

3195.76 COTA BATEA SALIDA BOCATOMA

218

Cota lamina de agua a la llegada al desarenador: 3193.849+(0.152/2)=3193.925 msnm

8.20

EJEMPLO DEDISEÑO DE CONDUCCION TANQUE DE ALMACENAMIENTO

DESARENERADOR-

CONDUCCION DESARENADOR – TANQUE DE ALMACENAMIENTO

•

•

Q = 0.03

m3 s

Tubería de asbesto cemento: clase 20 Presión: 6

Kg = 60 m.c.a cm 2

•

Cota salida desarenador: 3193.73 m.s.n.m

•

Espesor de la pared de la tubería: 9.5 mm

•

Cota de entrada a la caseta de cloracion: 3186.5 m.s.n.m

219

• •

Longitud real: (0.01*1950)+1950 = 1969.5m

m=

7.23 = 0.00723 1000

CALCULO DE DIÁMETROS J=

N1 − N 2 Lreal

1

Q   2.63 D= 0.54   0.2785 × C × J 

3193.73 − 3186.2 1 J= 2.63 0 . 03 1969 . 5   En conducción se adoptan tuberías de φ1=8” D =y φ2=10” 0.54   0.2785 × 140 × 0.00367  • J H= = J1L1 + J2L2 H = 3193.73 - 3186.2 H = 7.23 m 0.00367

D = 0.2070m = 8.15"

220

•

J1 para φ1 = 8” (0.2032 m)

•

J2 para φ2 = 10” (0.254 m) 1

1

0.03   0.54 J1 =  2.63   0.2785 ×140 × 0.2032 

0.03   0.54 J2 =  2.63   0.2785 ×140 × 0.254 

J 1 = 0.004021m

J 2 = 0.00135 m

0.03

V1 =

π 4

m

m³ sg

(8 × 0.0254m )2

= 0.926

0.03

m sg

V2 =

π 4

V1 ²  0.926²  2 g  = 19.62 = 0.0436m  

m

m³ sg

(10 × 0.0254m)2

= 0.592

V2 ²  0.529²  2 g  = 19.62 = 0.0179m  

CALCULO DE LONGITUDES

L1 =

H − J 2 ( L) J1 − J 2

L2 = L − L1

L1 =

7.23 − 0.001356(1969.5) 0.004021 − 0.001356

L2 = 1968.5 − 1710.938

L1 = 171.938m

L2 = 258.562m

PERDIDA EN LA SALIDA DEL DESARENADOR •

V1 ²  para φ = 8” = 0.2032 m  2g    V ²  hf = φ + 1.5 1   2g  hf = 0.152 + 1.5(.0436) hf = 0.2174m

221

m sg

•

Cota fondo del tanque de recolección en el desarenador: ∇1 ∇1 = cota salida del desarenador – hf ∇1 = 3193.73 – 0.2174 = 3193.51 m.s.n.m

•

Cota supuesta en el diseño del tanque: 3193.5126 m.s.n.m VERIFICACIÓN DE PÉRDIDAS

•

Perdidas por cambio de dirección: Codos horizontales: 1 codo de 90º 1 codo de 22.5º

Codos verticales: 2 codos de 11.25º

V ²  ∆ hf = 0.25 1  ∑ n 90º  2g   90º   22.5º   11.25º   + 1  + 2  hf = 0.25(0.0436) 1   90º   90º   90º   hf = 0.02406m

•

Perdidas por válvula de control Válvula de compuerta abierta: K=0.2 Nº de válvulas: 2 V ²  hf = K  1   2g  hf = 2 × 0.2(0.0436) hf = 0.01744m

222

•

Perdidas por entrada normal al tubo K=0.5

V ²  hf = K  1   2g  hf = 0.5(0.0436) hf = 0.0218m

•

V ²  hf = K  1   2g 

Perdidas por la tee Paso directo (purga): K=0.4 Paso lateral (salida del desarenador): K=1.3

hf = (0.4 + 1.3) × (0.0436) hf = 0.07412m

•

Perdidas por ampliación gradual (8”-10”) K=0.3 V ²  hf = K  1   2g 

•

Perdidas por salida de la tubería hf = 0.3 × (0.0436) V ²  hf = K  2  K=1.0  2g  hf = 0.01308m hf = 1.0 × (0.0179) hf = 0.0179m

•

Perdidas totales

223

hft = 0.02406 + 0.01744 + 0.0218 + 0.07412 + 0.0179 = 0.1684m

CORRECCIÓN DE LAS LONGITUDES REALES DE LAS TUBERÍAS

H = (J1L1 - J2L2 )-hft

L1 =

H − J 2 ( L) J1 − J 2

H = 3193.73 - 3186.5 - 0.1684 = 7.06 m

L1 =

7.06 − 0.001356(1969.5) 0.004021 − 0.001356

L2 = 1969.5 − 1647.05

L2 = L − L1

L1 = 1647.05m

en φ = 8”

L2 = 322.45m

en φ= 10”

COMPROBACIÓN DE GOLPE DE ARIETE •

Ø de la tubería: 8” (0.2032 m)

•

Cota de la válvula: 3190.03 m.s.n.m

•

Distancia de la válvula al desarenador: 1000m

•

K = 4.4 (Tubería de asbesto cemento)

•

C=

• •

T=

9900 48.3 + K ×

φ ε

2L C

T=

9900

C=

48.3 + 4.4 ×

0.2032 0.008

= 782.51

2(1969.5) = 5.03sg 782.5

Sobrepresiòn en la tubería: (ha) m m × 0.926 sg sg = 78.86m m 9.81 sg ² 224

782.81

ha =

CV1 g

ha =

m sg

Presión que esta por encima de la presión de trabajo de la tubería que es 60 m • Carga estática sobre la válvula (Pe): Pe = cota salida de desarenador – cota de la válvula Pe = 3193.73 – 3190.03 Pe = 3.7 m •

Sobrepresiòn máxima permitida (Hamax): Hamax = Presión máxima de trabajo (m.c.a) – Pe Hamax = 60 – 3.7 = 56.3 m

•

Tiempo de cierre de válvula:

t=

2lv1 gHa

t=

2(1010)(0.926) = 3.386s 9.81(56.3)

t = 3.386s = 4s

La válvula deberá ser cerrada en un tiempo superior a cuatro segundos con el fin de evitar que la presión sobrepase la presión de trabajo de la tubería

225

DIMENSION DE LA ZANJAS

•

Profundidad mínima de la cota clave de la tubería: 1m

•

Ancho de la zanja para la conducción de la bocatoma al desarenador Ancho: (φ + 50)

Ancho: (0.152+0.50)

φ = 6" = 0.152cm

ancho = 0.652 m

226

B = 0.652 m

•

Carga del terreno sobre el tubo (P) Material: tierra ordinaria saturada

ϑ = 1800

Kg m3

H = 1.53 B

•

Relación

•

Coeficiente experimental. C= 1.5

•

P = CϑB 2

Kg   2 P = (1.5)1800 (0.652) m³  

P = 1147.8

Kg m

(0.7)(0.152m) =0.106 m

CONDUCCION DESARENADOR-TANQUE DE ALMACENAMIENTO

227

•

φ = 8" = 0.203m B = 0.203 + 0.5

B = 0.703m

P = CϑB 2

P = (1.5)(1800)(0.703)

P = 1334.4

2

Kg m

•

H 1.0 = = 1.42 B 0.703

•

φ = 10" = 0.254m

(0.7 )(0.203) = 0.1421m

C = 1.5

B = 0.254 + 0.5

B = 0.754m

P = CϑB 2

P = (1.5)(1800)(0.754)

228

2

P = 1535

Kg m

H 1.0 = = 1.33 B 0.754

(0.7 )(0.254) = 0.1778m

C = 1. 5

DISEÑO DE DOSIFICACIÓN PARA LA CLORACIÓN

Q = 0.03 m³/sg = 30 L/sg •

Dosificación de cloro liquido: penclorito = 130 = 130 Gl/L

•

Preparación de una difusión para una dosificación del 1% en peso

229

•

Dosis de cloro: 1.5 mg/L

Gasto de penclorito = (30 L/sg)(1.5 mg/L)(86.4)

Gasto de penclorito = 3888 GcL2/día Gasto de penclorito = (3888 GcL2/día)/(130C L2/día) Gasto de penclorito = 29.908 L/sg

•

Caudal bomba dosificadora:

q=

Dosisdecloro(Q ) Gastopenclorito

mg (30) lt = 1.5 L q= sg L 29.908 sg 1.5

DISEÑO TANQUE DE ALMACENAMIENTO

•

Q diario = 10.08 L/sg = 0.01008 m³/sg

•

Q máximo diario en días = 870.912 m³/día (consumo medio diario)

•

Determinación del volumen del tanque superficial

o % consumo medio diario = 23% (lo da la curva)

230

o Vtanque = (consumo medio diario) (% consumo medio diario) Vtanque = (870.912)x(23%) = 200.31 m³

•

Determinación del volumen para incendios

Criterio: para una población de 5000 habitantes es innecesario el caudal de diseño para incendios.

•

Determinación del volumen para emergencias o Vemc = Vtanquex(0.25), se toma 0.25 por norma, lo da la curva. Vemc = (200.31)x(0.25) = 50.077 m³ Vtotal = (200.31)+(50.077) = 250.387 m³

•

Predimensionamiento del tanque superficial:

CONSTANTE K DE CAPACIDAD DEL TANQUE TABLA 15 V ( cientos m³) <3 4-6 7-9 10-13 14-16 >17

K 2.0 1.8 1.5 1.3 1.0 0.7

231

o K =20 según tabla adjunta (constante de capacidad del tanque) o Vtotal = 2.504x10² m³ o H=(2.504x10²/3)+2.0 = 2.83 m (profundidad del tanque)

Se debe diseñar dos tanques por mantenimientos e imprevistos.

o V = a²h, a =

V 250.387m³ = = 9.40m h 2.83m

CONDICIÓN: Para el diseño de los dos tanques se repartirá el volumen así:

V=

2.504 2

h=

V +K 3

V = a²h, a =

V = 1.252 ×10² m³

h=

K = 2.0

1.252 × 10² + 2.0 = 2.42m 3

V 125.194m³ = = 7.197m h 2.42m

Se construirán dos tanques con las siguientes dimensiones:

Vtotal = 2.42x7.197²x2 Vtotal = 250.387 m³

232

8.21 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Legislación ambiental, decreto 2105/83, calidad y potabilizacion del agua. Ley 142/94, servicios públicos domiciliarios.

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda Consulta edición, 1984

Corcho Freddy

Universidad de Medellín

Segunda Consulta edición, 1993

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda Consulta edición, 1978

Pérez Carmona Rafael

Escala

Primera, 1978

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ministerio Prensa del Medio Oficial Ambiente

233

Consulta

Consulta

Consulta

1977

Consulta

8.22

AUTOEVALUACION: UNIDAD 8

1. Represente gráficamente la posición mas ideal de la conducción respecto a la línea piezometrica. 2. Que es una válvula de purga y cual es el Ø de la válvula respecto a la tubería principal. 3. Donde debe ir ubicada la ventosa y para que se utilizan 4. Que significa RDE. 5. Escriba la formula de HAZEN-WILLIAMS, para calculo de caudal y diga que es cada termino. 6. Si en una válvula K=10, V= 2.5 m/s, evalué las perdidas. 7. Si en un cambio de dirección ∆=30º, V= 1.50 m/seg. Evalúe las perdidas. 8. Si la conducción pasa de pendiente positiva a pendiente negativa, las pendiente se suman o se restan, (para escoger el codo necesario) 9. Escriba la ecuación general de la energía entre un punto A y B, si B esta mas bajo que A

234

CAPITULO IX

UNIDAD 9: REDES DE DISTRIBUCION

OBJETIVO GENERAL: Al finalizar esta unidad el estudiante, estará en capacidad de calcular una red de distribución de aguas, asociándola com las anteriores unidades vistas, en el desarrollo de la materia.

235

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

-

Dar a conocer al estudiante las presiones de servicio en la red de distribución.

-

Dar a conocer al estudiante las velocidades máximas y mínimas en la red de distribución.

-

Dar a conocer al estudiante el concepto de hidrante, válvulas, diferenciar un sistema de gravedad de un sistema de bombeo.

-

Dar a conocer al estudiante el manejo del Metodo de HARDY-CROSS, y el diagrama de HAZEN-WILLIAMS, y su aplicación a la distribución de caudales, calculos de pendiente de la tubería, perdido y velocidades.

236

INTRODUCCION:

Se designa con el nombre de red de distribución, al conjunto de tuberías urbanas encargadas de la distribución del agua a las diversas edificaciones de la ciudad o la localidad. También, la red de distribución es un conjunto de conductos cerrados a través de los cuales se transporta el agua bajo presión a los diferentes puntos de consumo. Por normas se establece que las redes de distribución deben satisfacer el consumo máximo horario (CMH).

9.1 REGULACIONES SOBRE PRESIONES DE SERVICIO (ESTATICAS) EN LA RED. TABLA 16 ENTIDAD EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN FEDERACION DE CAFETEROS INSFOPAL MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS

PRESION MAX. (kgf./cm²) 2.0

PRESION MINIMA (kgf./cm²) 6.0

1.0

3.0

1.0 1.0

5.0 5.0

La red de distribución esta conformada por tuberías principales y de relleno. Las principales se encargan de distribuir agua en las diferentes partes de la localidad. Las de relleno son las encargadas de hacer las conexiones domiciliarias (que entran a las casas, edificios, fabricas, industrias, etc.).

237

Además de las tuberías existen otro tipo de rios tales como: válvulas de control o de incendio, válvulas de purga, hidrantes, cruces, codos, reducciones, ampliaciones y reducciones graduales. Los materiales mas comunes de las tuberías y rios son asbestos cemento, hormigón, gres, PVC, (unión z), acero, cloruro de polivinilo (PVN), cobre, hierro dúctil.

9.2 VELOCIDAD MAXIMA EN LA RED TABLA 17 MATERIALES ASBESTO CEMENTO GRES HORMIGON PVC ACERO COBRE CLORURO DE POLIVINILO (PVC) HIERRO DUCTIL

VELOCIDAD (m./seg.) 4 5.0 4.5 5.0 6.0 4.0 4.5 4.5

9.3 VELOCIDAD MINIMA EN LA RED TABLA 18 MATERIALES ASBESTO CEMENTO HOTMIGON GRES PVC ACERO

VELOCIDAD (m./seg.) 0.6 0.6 0.6 0.45 0.45

En las ciudades o poblaciones grandes donde se requiere caudal de incendio, se calcula la red con caudal máximo horario, mas hidrante, mas consumo industrial. Para poblaciones pequeñas se considera innecesario y antieconómico proyectar protección contra incendio. 238

Cuando en una red de distribución es imposible mantener las presiones de servicio en un rango tolerable, se hace necesario recurrir a dispositivos tales como: válvulas reductoras de presión, cámara de amortiguamiento de presión. En caso de ser necesaria la protección contra incendios la presión requerida puede obtenerse mediante bombas del equipo de incendio del cuerpo de bomberos de la localidad. 9.4 CONSUMOS MAXIMOS HORARIOS

Según el Insfopal, el factor “f” por l cual se debe multiplicar el consumo máximo diario, para obtener los máximos horarios son entre 1.4 y 1.7. El factor 1.7 para poblaciones pequeñas otros factores, según Schoklitsh, son: Para aldeas Para ciudades Para pueblos

3.6 1.5 2.5

También existen otros dependiendo de la población:

Menor de 5000 hab. Entre 5000 y 20000 hab. Mayor de 20000 hab.

f= 1.80 f= 1.65 f= 1.50

9.5 NUMERO DE HIDRANTES Se requieren 2 hidrantes para poblaciones entre 10000 y 20000 hab. los hidrantes con descarga de 5 lts./seg. Cada uno. Para poblaciones mayores de 20000 hab. se utilizaran 4 hidrantes en zona industrial y 2 hidrantes en zona residencial con 5 lts./seg., c/u

239

9.6 PRESIONES DE SERVICIO

L a presión mínima será de 10 m. La presión máxima será de 50 m. De acuerdo al numero de pisos de las edificaciones se emplea la ecuación del Ing. Bernardo Gómez, del acueducto de Bogota.

P=(3N+6) x 1.2 P= presión en metros N= numero de pisos

Ejemplo: Para una casa de 2 pisos

P=( 3 x 2+6) x 1.2= 14.4 = 15 m.

Aplicando la expresión para varios pisos, tememos:

No. de pisos Presión

1 11.0

2 15

3 18

4 22

5 25

9.7 VALVULAS

Respecto a la localización de las válvulas en las redes de distribución, las normas estadounidenses (normas americanas), indican que se dispongan válvulas en forma que se aísle un máximo de 2 tramos, cerrando un máximo de 4 válvulas.

240

FIG. 58 Las siguiente disposición se puede emplear en la gran mayoria de las poblaciones:

241

FIG.59 Con las disposiciones indicadas, se pueden aislar sectores completos de la población, sin interrumpir el servicio del resto. En todos los sistemas que se han visto, en las intersecciones deben proyectarse cruces o tes según el caso.

9.8 VELOCIDADES DE DISEÑO

Deben estar comprendidas entre 1.0 m/seg y 1.5 m/seg., para zonas rurales entre 0.5 m/seg. a 2.6 m./seg.

242

9.9 LOCALIZACION DE LA TUBERIA DE ACUEDUCTO

La tubería de acueducto debe pasar encima de la tubería de alcantarillado y a una distancia horizontal de 3 m. Si no se puede cumplir lo anterior, se debe dar una protección adecuada a la tubería de acueducto ( con concreto impermeabilizado), por encima de la misma.

9.10 TIPO DE MALLADO

Estas redes están constituidas por tuberías que por razones del desarrollo urbanístico, por lo general en forma retículas forma una malla, la cual produce un servicio eficiente en presión y caudal. La red debe prestar un servicio eficiente y continuo, por lo cual su diseño debe atender a la condición mas desfavorable.

Al analizar la red de distribución debemos por tanto afectar el consumo medio por los factores K1 y K2.

Su rango es:

1.1≤ 1.4≤

K K

≤ 1.4 ≤ 1.7

Entonces el consumo máximo horario, se obtiene por: K1 x K2 x Qm Qm= consumo medio.

Adicionalmente es necesario estudiar el funcionamiento hidráulico de la red ante eventualidades, como la ocurrencia de un incendio, lo cual demanda grandes cantidades de agua en forma instantánea para atender los incendio.

243

9.11 Ejemplo: El caudal medio para una localidad es 30 lts./seg. y el consumo asignado por incendio es 20 lts./seg., determinar el caudal de diseño para la red.

Si no se hiciera la consideración del caudal para incendio, el caudal de diseño será:

QM+I= K1 x K2 x 30; K1=1.5; K2=1.7 QM+I=1.4 x 1.7x 30=71.4 lts./seg.

Algunos análisis o estudios de probabilidad han inducido fijar un factor K= 1.8 para afectar el gasto medio en un análisis de red con incendio: Si I= gasto para incendio, entonces: QI= 1.8 Qm+I QI=1.8 x 30+20= 74 lts./seg. El gasto de incendio I se ubicara en el nudo mas desfavorable bajo consideraciones de presión. Las redes de distribución están conformadas por tuberías matrices, arteriales, de relleno y domiciliarias. Las primeras conducen el agua desde los tanques de almacenamiento, estaciones de bombeo, planta de tratamiento hasta las tuberías arteriales que alimentan a la vez las de relleno y las domiciliarias. Estas ultimas conducen el agua hasta las viviendas.

9.12 SISTEMAS DE GRAVEDAD Cuando la fuente de abastecimiento tiene una elevación suficiente para suministrar el agua bajo la acción de la gravedad.

244

9.13 SISTEMAS DE BOMBEO

En este sistema la presión necesaria que debe suministrarse al liquido se obtiene mediante el uso de motobombas. El exceso de agua bombeada durante las horas de bajo consumo es almacenada para suplirla en horas de máximo consumo. Este sistema permite bombear a ratos mas o menos uniformes, simplificando el diseño y permitiendo escoger unidades que presentes mayores eficiencias durante su funcionamiento.

9.14 BOMBEO SIN ALMACENAMIENTO En este caso las bombas forzan el agua directamente en las tuberías de distribución. La combinación de capacidades y potencia es complicada y la operación del sistema es minuciosa. En el caso de incendios, este sistema presenta ventajas sobre el anterior.

9.15 CALCULO HIDRAULICO DE LA RED DE MALLA – METODO DE HARDYCROSS.

El método supone que se han seleccionado previamente los caudales iniciales, los tramos, los diámetros y las longitudes en las diferentes mallas. A través de un proceso iterativo y empleando el caudal correctivo con ∆Q, se proceder hasta llegar a tender ∆Q→ →0. Es decir el método consiste en suponer unos caudales iniciales hasta llegar a tener los caudales reales. Se observa también que a las perdidas de carga se les asigna un signo de acuerdo con una convección que se conservara a lo largo de todo el proceso iterativo.

9.16 RED DE TUBERIAS

Son una serie de tuberías conectadas de tal manera que el caudal que sale por un punto dado puede proceder de diversos circuitos.

245

Las condiciones que se cumplen en una red de tuberías es: 1) La suma algebraica de las caídas de presión alrededor de cada circuito debe ser nula

Q A

B

hABC-hADC=0

D

C

2) El caudal que llega a cada uno de los nudos debe ser igual al que sale de el. 3) La formula de DARCY-WEISBACH, puede reducirse a: n hf= KQ K y n= se han determinado para cada tubería n= 1.85 aplicando HAZEN-WILLIAMS n= 2.0 aplicando MANNING.

El termino correctivo se consigue, así: Para cualquier tubería: Q= Qo+∆Q 246

Q= caudal corregido Qo= Caudal supuesto ∆Q= corrección de caudal. Si hacemos sucesivas iteraciones, hasta llevar a ∆Q=0, entonces Q=Qo y la solución se ha conseguido.

9.17 Empleando el Método de HARDY-CROSS, tendremos: ∆Q= Σ hf1 – Σ hf2 n [ Σhf1 + Σhf2] Q1 Q2

n= 1.85

Luego trabajamos con el diagrama de HAZEN-WILLIAMS, para hallar pendientes, conocidas C, Q y D. 1) El diagrama de HAZEN-WILLIAMS nos da las pendientes y las velocidades, las pendientes ya esta divididas por 1000. 2) Luego hallamos hf= S x L; S= pendiente; L= longitud. 3) Después hallo hf Q 4) Luego aplico, la formula: ∆Q= Σ hf1 – Σ hf2 n= 1.85 n [ Σhf1 + Σhf2] Q1 Q2 5) Hallo Σ hf1 y Σ hf2 6) Hallo

Σhf1 + Σhf2 Q1 Q2

7) Hallo los ∆QI, ∆QII,………………para todas las mallas. 8) Hallo ∆Q para cada tubo. 9) Cuando un tubo esta solo, el ∆Q, será el mismo de la malla. 247

10) Cuando un tubo esta compartido con dos mallas sucesivas, entonces el ∆Q= ∆Q1- ∆Q2 11) Luego calculo Q B A RESTO LOS ∆Q MALLA I

C D

12) Aplico Q1=Qo+ ∆Q 13) Cuando ∆Q→ →0, entonces Q1=Qo, luego quedan corregidos los caudales.

9.18 TRAZADO DE LA RED PRINCIPAL

Se debe tener en cuenta con una buena distribución del agua con respecto al área que se esta abasteciendo. Se tiene en cuenta que: PUNTOS DE MAYOR CONSUMO: Ejemplo: Industrias, comercio.

9.19 CENTROS DE MASA: Donde se concentre la demanda anterior lo mismo las condiciones topográficas y altimétricas. No se debe proyectarse al trazado de la red, periféricamente a la población, pues los caudales serian poco eficientes y muy costosa.

248

9.20 CONEXIONES DOMICILIARIAS La domiciliaria es la tubería que conecta directamente cada una de las viviendas con la red urbana.

FIG. 60 Se hace a partir de la red secundaria de 3” y consiste en una serie de elementos que permiten derivar el agua hacia el domicilio hasta la caja donde esta el medidor. De este punto en adelante, todas las obras son propiedad del dueño de la vivienda. Antes de llegar a la red interna de la vivienda, la domiciliaria debe pasar por una caja de anden, que contiene el medidor, uniones universales, registro de corte, registro de incorporación y a veces diafragmas de pequeños diámetros para regular la presión.

Las conexiones domiciliarias, pueden ser: -

De acero galvanizado. De cobre, plomo o material (manguera) plástica flexible.

Si son de acero galvanizado se requieren: - Collar de toma

249

- Cuello de ganso flexible, de cobre o plomo. - Registro de incorporación. - medidor - Registro de corte - Unión universal - Dos codos galvanizados.

Si son de cobre o plomo: las tuberías de plomo no son recomendables. Los de cobre son flexibles y duraderos pero costosos. Las tuberías de plástico han tomado gran importancia son flexibles y de gran duración. 9.21 MEDIDORES:

Son de dos clases: -

De velocidad: Son menos sensibles y menos costosas. Volumétrico: Es mas sensible y mas costoso.

El diámetro de la tubería utilizada para la conexión domiciliaria depende de la presión de la red y del uso del agua dentro del domicilio. El diámetro mínimo es ½” y el máximo hasta 2 ½”.

9.22 DIAFRAGMAS Se colocan en las domiciliarias a fin de controlas el caudal de llegada a cada vivienda. Los diafragmas cumplen una doble funcion; al tender la propiedad de quebrar energía. Cuando la vivienda presenta mayor cabeza estática que otra, la primera recibe un caudal superior al de diseño, descompensando los flujos en la red.

250

9.23 EJEMPLO DISEÑO DE LA RED DE DISTRIBUCION

DISEÑO DE RED DE DISTRIBUCIÓN

•

Nº de pisos de edificaciones servidas:2

• •

Presión mínima de acueducto = 15 m (norma) Se adoptan dos alternativas:

f = 1.65 (norma)

1. Q max diario = 10.08 L/sg Q industrial = 0.8 Q total = 10.88 L/sg

2. Q max horario = 10.08x (f) Q max horario = 16.632 lts./seg. Q industrial = 0.8 lts./seg Q total = 17.432 Lt/sg

DISEÑO DE LA LÍNEA MATRIZ •

Material tubería: asbesto cemento

•

C = 140

•

Clase de tubería: 20 251

•

Cota nivel del agua en el tanque: 2.52 + 3186.5 = 3189.02 m.s.n.m

•

Cota del terreno nudo A: 3189.02 – 16.7 = 3172.32 m.s.n.m

•

Cota piezométrica a la entrada de la red: 3172.32 +15 = 3187.32 m.s.n.m

•

Longitud de la conducción: 180m

H 3189.02 − 3187.32 = = 9.44 ×10³ L 180 J = 0.0094 m m

J=

1

Q   2.63 D= 0.54   0.2785 × C × J  D= 6” (comercial), con Ø=6” 1

0.01743   2.63 D= 0.54   0.2785 ×140 × 0.0094  D = 0.139m = 5.47" ≈ 6" 1

0.01743   0.54 J = 2.63   0.2785 × 140 × 0.1524  J = 0.0059725 m

m

H = J × L = 0.0059725 × 180 = 1.07m

252

•

Cota piezométrica del nudo A: 3189.02 - 1.07 = 3187.95 m.s.n.m

•

Presión en el nudo A: 3187.95 – 3172.32 = 15.63 m

•

Presión de entrada a la red de distribución: 15.63m

CUADRO 1 TRAMO

LONGITUD PROPIA

1 A-B

2 300

LONGITUD LONGITUD TOTAL ALIMENTADA 3 300

253

4 600

Q (L/sg) 5 2,2176

B-D D-C C-A D-F F-E E-C TOTAL

300 300 300 300 300 300 2100

300 600 300 300 300 300 2400 CUADRO 2

600 900 600 600 600 600 4500

2,2176 3,3264 2,2176 2,2176 2,2176 2,2176 16,632

NUDO

Q.DOM (L/sg)

Q.IND (L/sg)

Q.INC (L/sg)

Q TOTAL (L/sg)

0

-17,432 2,2176 3,0176 5,544 2,2176 4,4352 0

A B C D E F TOTAL

2,2176 2,2176 5,544 2,2176 4,4352 16,632

0,8

0,8 CUADRO 3

TRAMO

HIPOTESIS DE DISTRIBUCION

Q (L/sg)

A-B B-D D-C C-A D-F F-E E-C

POR MITAD QA-B - QB (QA-C - QC)/2 POR MITAD QB-D + QD-C - QD QD-C - QE (QC-A -QC)/2

8,726 6,5084 2,8542 8,726 3,8186 0,6366 2,8542

EXPLICACIÓN DEL CUADRO 1

Caudal a partir:

q=

Q LTOTAL

=

16.632 = 0.003696 L 4500 s 254 m

Q = LTOTAL x q Q1 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg Q2 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg Q3 = 900 x 0.003696 = 3.3264 L/sg Q4 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg Q5 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg Q6 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg Q7 = 600 x 0.003696 = 2.2176 L/sg

EXPLICACIÓN DEL CUADRO 2

1. El caudal que llega al nudo A es: 17.432 L/sg 2. El caudal que llega al nudo B es el que va de A a B, pero no hay fugas de caudal osea 2.2176 L/sg. 3. El caudal que llega al nudo C, es el que va de A a C que es 2.2176 L/sg + 0.8 L/s(industrial) = 3.0176 L/sg. 4. El caudal que llega al nudo D, es el que va de B a D (2.2176 L/sg) mas el que va de C a D (3.3264 L/sg) o sea 5.544 L/sg. 5. el caudal que llega al nudo E, es el que va de C a E (no hay fugas) o sea 2.2176 L/sg. 6. El caudal que llega al nudo F, es el que va de D a F mas el que va de E a F o sea 2.2176 L/sg + 2.2176 L/sg = 4.4352 L/sg. Sumando los valores positivos de la columna 5 (cuadro 2) nos da 17.432 y luego se resta el negativo -17.432 dándonos cero.

255

EXPLICACIÓN DEL CUADRO 3

1. QAB es la mitad del caudal que entra por A, o sea: 17.432 = 8.726 L sg 2

2. QAB – QB es: 8.726 – 2.2176 = 6.5084 L/sg 3. QDC es por mitad (tiene dos sentidos el tubo) o sea: 8.726 − 3.0176 = 2.8542 L sg 2

4. QCA es la mitad del caudal que entra por A, o sea: 17.432 = 8.726 L sg 2

5. QDF es 6.5084 + 2.8542 – 5.544 = 3.8186 L/sg 6. QFE es 2.8542 – 2.2176 = 0.6366 L/sg 7. QEC es: 8.726 − 3.0176 = 2.8542 L sg 2

256

CUADRO 4 COTAS N1

N2

H (m)

A-B B-D D-C C-A

3172,32 3171,81 3171,54 3172,32

3171,81 3171,46 3171,46 3171,54

0,51 0,35 0,08 0,78

300 300 300 300

0,001700 0,001167 0,000267 0,002600

8,726 6,5084 2,8542 8,726

0,15162 0,14653 0,14501 0,13896

15,162 14,653 14,501 13,896

5,969 5,769 5,709 5,471

6 6 6 6

0,478 0,357 0,156 0,478

C-D D-F F-E E-C

3171,54 3171,46 3170,6 3171,54

3171,46 3170,5 3170,5 3170,6

0,08 0,96 0,1 0,94

300 300 300 300

0,000267 0,003200 0,000333 0,003133

2,8542 3,8186 0,6366 2,8542

0,14501 0,09725 0,07830 0,08744

14,501 9,725 7,830 8,744

5,709 3,829 3,083 3,442

6 4 4 4

0,156 0,471 0,079 0,352

TRAMO

L (m)

J (m/m)

Q(L/sg)

D(m)

D(mm)

D(in)

D(in) comercial

Velocidad (m/sg)

257

RED DE TUBERIAS HARDY CROSS ITERACION 1

TRAMO

n=1,85

DIAMETRO LONGITUD (cm) (m)

Q(L/sg)

S‰

HF (m)

HF/Q

∆Q (m)

∆Qo (m)

Q1 (L/sg)

VELOCIDAD (m/sg)

8

9

10

11

0

8,726

0,494

0

6,5084

0,368

0

2,8542

0,162

1

2

3

4

5

6

7

A-B

15

300

8,726

1,70000

0,51

0,05845

B-D

15

300

6,508

1,16667

0,35

0,05378

D-C

15

300

2,854

0,26667

0,08

0,02803

C-A

15

300

8,726

2,60000

0,78

0,08939

0

8,726

0,494

C-D

15

300

2,854

0,26667

0,08

0,02803

0

2,8542

0,162

D-F

10

300

3,819

3,20000

0,96

0,25140

0

3,8186

0,486

F-E

10

300

0,637

0,33333

0,1

0,15708

0

0,6366

0,081

E-C

10

300

2,854

3,13333

0,94

0,32934

0

2,8542

0,363

258

0

0

259

9.24 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Legislación ambiental, decreto 2105/83, calidad y potabilizacion del agua. Ley 142/94, servicios públicos domiciliarios.

Autor López Cualla Ricardo A.

Editorial

Edición

Escuela Primera Colombiana Edición de Ingeniería

Tipo Consulta

Castilla, A.R. Universidad de la Salle

Segunda edición, 1984

Consulta

Corcho Freddy

Segunda edición, 1993 Segunda edición, 1978 Primera, 1978

Consulta

Universidad de Medellín

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana Pérez Carmona Rafael

Escala

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ministerio Prensa del Medio Oficial Ambiente

260

Consulta

Consulta

Consulta

1977

Consulta

9.25 AUTOEVALUACION: UNIDAD 9

1. Cual es la descarga de un hidrante y sobre que tubería esta ubicada (decir el diámetro de la tubería) 2. Velocidades máximas y mínimas en la red de distribución. 3. Velocidades de diseño. 4. Ubicación de la tubería de acueducto con respecto a la de alcantarillado (haga un esquema). 5. El caudal medio para una localidad es de 40 lts./seg y el consumo asignado por incendio es de 22 lts/seg. determinar el caudal de diseño de la red. 6. ¿Para que empleamos el método de HARDY-CROSS? 7. ¿Que diferencia existe entre un medidor de velocidad y un volumétrico? 8. ¿Donde colocamos los diafragmas y con que fin?

261

CAPITULO X

UNIDAD 10: SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

OBJETIVO GENERAL:

Al finalizar esta unidad el estudiante estará en capacidad de diseñar correctamente un sistema de alcantarillado para lograr los objetivos propuestos.

262

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

-

Dar a conocer al estudiante la importancia que tiene el diseño de un alcantarillado sanitario.

-

Dar a conocer al estudiante las normas que rigen los diseños de acueductos y alcantarillados según EAAB, INSFOPAL, CAR, etc.

-

Desarrollar la destreza en el estudiante para aplicar debidamente las normas y los cálculos para el diseño de acueductos y alcantarillados.

-

Dar a conocer al estudiante el enlace que hay entre un sistema de acueducto y un sistema de alcantarillado sanitario.

263

SISTEMAS DE ALCANTARILLADO

264

INTRODUCCION:

1. EL SANITARIO: Diseñado para llevar exclusivamente aguas domesticas e industriales y aguas residuales. Las designadas como aguas negras domesticas provienen de excusados, baños, lavamanos, cocina, etc.

2. PLUVIAL: Evacua la escorrentía superficial (escurre sobre el suelo), producida por la precipitación o aguaceros.

3. COMBINADO: Conduce al mismo tiempo aguas residuales y lluvias por el mismo conducto.

Se debe procurar en lo posible hacer una solución por separado para aguas residuales y aguas lluvias. Las aguas negras industriales, provienen de los residuos de los procesos industriales y manufactureros.

Las aguas residuales pueden ser:

1. DOMESTICAS: Provienen de inodoros, cocinas y otros elementos domésticos como lavaderos, contiene organismos patogenos, están compuestos por sólidos suspendidos, sólidos sedimentables, nutrientes y organismos patogenos.

2. INDUSTRIALES:

265

Se originan de procesos industriales o manufactureros, contienen elementos tóxicos (plomo, mercurio, cobre y otros).

3. Aguas lluvias: Proviene de los aguaceros (pluviomentria), contiene gran cantidad de sólidos suspendidos por efectos de lavado de calles, tejados, suelos etc., contienen gran cantidad de sólidos suspendidos y elementos químicos.

10.1 CLASIFICACION DE LOS CONDUCTOS

a) Laterales o iniciales: Reciben directamente y únicamente desagües de las viviendas, pero de no otras alcantarillas. b) Secundarias: Reciben el desagüe de dos o mas laterales. c) Colector secundario: Recibe el desagüe de dos o mas secundarios. d) Colector principal: Capta el caudal de dos o mas colectores secundarios. e) Emisario final: Conducto que lleva todas las aguas de una parte o de la totalidad de una ciudad al punto de vertimiento de un curso de aguas, conduce todo el caudal de aguas residuales o lluvias a su punto de entrega. f) Interceptor: Es un colector próximo o paralelo a un río o caudal.

10.2 DISPOSICION DE LA RED DE ALCANTARILLADO: No existe regla general para la disposición de las redes de alcantarillado ya que esta depende de las condiciones topográficas de la ciudad; no obstante existen algunas.

10.3 a) SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR Es apropiado para redes de aguas negras, el interceptor recoge el caudal de aguas residuales de la red y lo transporta a una planta de tratamiento de aguas residuales para evitar riesgos contra la salud humana.

266

FIG. 61 10.4 b)SISTEMA ABANICO 1) Si es de aguas lluvias se vierte directamente al río. 2) Si es sanitario, se traza un emisario que vierta el caudal, distante de toda la ciudad. 3) Si es combinado (aguas negras con aguas lluvias), se puede proyectar un aliviadero y un emisario que lleva las aguas negras a una parte bien lejos. ALIVIADERO: Es una estructura que cumple la funcion en las alcantarillas combinadas, de que en épocas en que no hay lluvias, las aguas negras se vierten lejos de la población y en épocas de lluvias vierten al río el exceso de estas.

10.5 b) SISTEMA PERPENDICULAR SIN INTERCEPTOR

267

FIG. 62 Es apropiado para redes de aguas lluvias, sus aguas se vierten directamente a una corriente de aguas en cercanías de la población, sin que haya riesgos para la salud.

10.6 d) SISTEMA PERPENDICULAR CON INTERCEPTOR Y ALIVIADERO

FIG. 63 Es apropiado para alcantarillados combinados ya que el aliviadero permite reducir la carga hidráulica pico producida en el caso de una lluvia muy fuerte que llegaría a la planta de tratamiento de aguas residuales. El caudal de aguas residuales en un alcantarillado combinado es de orden de 3% del caudal total.

268

10.7 e) SISTEMA BAYONETA

FIG. 64 Empleado exclusivamente en alcantarillados sanitarios, en terrenos muy planos en los cuales se deben proyectar cámaras de lavado en los tramos iniciales, también las velocidades deben ser bajas. Los pozos de inspección que se proyectan en las esquinas, deben tener un diseño especial que contengan las dos cañuelas independientes y en la mayoría de los casos a diferentes niveles. 10.8 ALCANTARILLADO SANITARIO Cálculos de población: Al igual que en sistemas de acueductos en lo relativo al calculo de población, se debe estudiar cual será la población que se beneficiara en el futuro con las obras de alcantarillado.

10.9 DENSIDAD DE LA POBLACION: La densidad es uniforme para ciudades pequeñas. Se define como le numero de personas que habitan en una extensión de una hectárea. La densidad se debe estudiar de acuerdo con la zonificacion de la ciudad en cada una de las zonas al igual que en las redes de acueducto en: a) Comercial b) Industrial 269

c) d) e) f)

Residencial de alto nivel Residencial de nivel medio Residencial de bajo nivel Parque y zonas verdes.

La densidad varía según el estrato socioeconómico y según el tamaño de la población. Para pequeñas poblaciones la densidad fluctúa entre 100 y 200 hab. /Ha. En Bogota, según las zonas varía entre 110 y 380 hab. /Ha. Para poblaciones mayores según la zona (residencial, industrial y comercial) puede llegar a valores del orden de 400 hab. /Ha, o mas. 10.10 CAUDAL PROMEDIO PARA DISEÑO

Comprende: 1) 2) 3) 4)

Aguas negras domesticas Aguas negras industriales Aguas de infiltración Conexiones erradas.

1) EL CONJUNTO DE CAUDAL DE AGUAS NEGRAS DOMESTICAS: Se basa en el consumo de agua por habitante, cuando se obtiene el caudal en las diferentes zonas de acuerdo con la densidad de población, se obtiene para cada zona el caudal por este concepto en lt./Ha Seg., al practicar el avaluó anterior se debe tener en cuenta que no toda el agua de consumo va a la alcantarilla, ya que la parte correspondiente al lavado de pisos, riego de jardines, la evaporacion naturalmente y en las labores de cocina etc., no regresa al alcantarillado entre el 70% y 80% del consumo de agua de acueducto. 10.11 COEFICIENTE DE RETORNO (Cr.) Este coeficiente tiene en cuenta que no toda el agua consumida dentro del domicilio es devuelta al alcantarillado. Luego un porcentaje del total de agua de acueducto (consumida), es devuelta al alcantarillado, este es el “Coeficiente de retorno”, fluctúa entre 70% y 80% para Bogota, se toma un 85%. El punto de partida para la cuantificación del aporte de aguas negras domesticas, es el caudal medio diario (contribución durante 24 horas, obtenida como el promedio durante un año). El aporte medio diario para cada una de las zonas se expresa como: 10.12

Q= (Cr) (C) (D) (A) 86400

270

Q= Caudal de aguas domesticas en lts. /seg. CR= coeficiente de retorno C=Consumo de agua potable Lts. /hab. Día A= Área eferente o de drenaje de la zona en Ha. D= Densidad de la población hab. /Ha Según la EAAB, los consumos para Bogota son: Estrato bajo= Estrato medio= Estrato alto= 10.13

190 Lts./hab. día 300 Lts. Hab. día 410 Lts. Hab. día

VARIACIONES DEL CAUDAL

Cuando se efectúa el calculo del alcantarillado, la capacidad de los conductos se basa, no en los valores del caudal medio, si no en los valores del caudal máximo. Los datos de los caudales máximos o picos se pueden obtener estableciendo estaciones de aforo (de medición), en los diversos puntos de la red. Cuando se trate de alcantarillados existentes. Los textos americanos citan la formula de Harmon (para poblaciones mayores de 1000 hab.) _ Q máx. Horario = Q x 18 + √(P) 4+ √ (P) P= población en miles de habitantes.

Para poblaciones menores de 1000 hab., se usa: Babbit: _ Q máx. horario = Q x 5 0.2 P _ Q= Q residencial

271

10.14

PICOS MAXIMOS EN AREAS GRANDES INSTITUCIONES:

CORRESPONDIENTES

A

Para áreas no mayores de 2 Hectáreas, en las cuales se hallan ubicadas grandes instituciones (hospitales, grandes edificios, etc.) se puede emplear el método que indica el plan maestro de Bogota. Basado en el estudio del Dr. Hunter el cual adopta una unidad sanitaria y expresan las descargas que producen los diversos artefactos, en funcion de dicha unidad, estos son: 10.15 APARATOS SANITARIOS

No. DE UNIDADES

Lavamanos Lavaplatos tipo domestico Inodoro público o privado Fuente de agua para bebida Ducha de baño publica Ducha para baño privada Orinal de pedestal publico Orinal de pared privado Derramadero de cocina colectivo Derramadero de cocina privado Baño de tipo privado Grupo de cuartos de baño (privados) Grupo de cuartos de baños con compartimiento de ducha separado (privado) Conjunto de 2 o 3 tinas de lavandería (servicio privado) Combinación de derramadero y tina de lavandería (privada)

2 2 8 ½ 4 2 8 4 3 2 3 8 10 4 3

10.16 JEMPLO: Se trata de calcular la descarga máxima de aguas negras que arroja un edificio de apartamentos de 8 pisos, cada uno con 6 apartamentos, o sea 48 apartamentos, cada uno de los cuales tiene las unidades sanitarias que se indican: 3 inodoros privados: 3 x 8 = 3 duchas privadas: 3 x 2= 2 lavamanos: 2 x 2= 1 bidet: 2 derramaderos de cocina: 2x2= Tina de lavandería (lavadora)

24 unidades 6 unidades 4 unidades 2 unidades 4 unidades 4 unidades.

Total de unidades por apartamento = 44 unidades 44 x 48=

2112 unidades sanitarias

272

FIG. 65

273

Entrando al gráfico de Hunter se obtiene una descarga máxima de 13.5 lts. /seg. Dividiendo esta descarga por el área del lote se obtiene el caudal en litros por hectárea por segundo de esa zona. 10.17 2) AGUAS NEGRAS INDUSTRIALES: Donde haya zonas industrial la manera mas lógica de deducir los caudales máximos es mediante estaciones de aforo y así obtener los valores de los picos máximos, para pequeñas industrias puede tomarse un aporte medio de 1.5 lts./ seg. Ha. 10.18

3) AGUAS DE INFILTRACION: Se estima en base de las características de permeabilidad del suelo donde se constituye el alcantarillado sanitario.

10.19 APORTE DE INFILTRACION POR LONGITUD DE TUBERIA ( según Insfopal y la EAAB). TABLA 19 CLASE DE CONDUCTO ALTA EXISTENTE 4.0 NUEVA CON JUNTA O UNION DE 3.0 CEMENTO NUEVA CON JUNTA DE CAUCHO 1.5

Lts./seg./Km. INTERMED BAJA 3.0 2.0 2.0 1.0 1.0

0.5

10.20 INFILTRACION (según Insfopal y la EAAB) TABLA 20 CLASE DE CONDUCTO ALTA EXISTENTE 0.88 NUEVA CON JUNTA O UNION DE 0.66 CEMENTO NUEVA CON JUNTA DE CAUCHO 0.33

274

Lts./seg./Km. INTERMED BAJA 0.66 0.44 0.44 0.22 0.22

0.11

10.21

4) CONEXIONES ERRADAS

Este aporte proviene principalmente de las conexiones que equivocadamente se hacen de las aguas lluvias domiciliarias y de conexiones clandestinas. La EAAB estima este valor en un 20% del caudal máxima horario también se puede tomar un caudal entre 1 y 3 lts. /seg. Ha.

10.22 CAUDAL COMERCIAL

Se adopta un aporte medio diario 2 lts. /seg. Ha

10.23 CAUDAL INSTITUCIONAL

Varía de acuerdo al tamaño de la Institución. Para instituciones pequeñas localizadas en zonas residenciales, puede tomarse un aporte medio de 0.8 Lts. /seg. Ha

10.24 COEFICIENTES DE RUGOSIDAD

MATERIAL

MANNING

TUBOS DE GRES CON RESISTENCIA NORMAL TUBOS DE ASBESTO CEMENTO CANALES REVESTIDOS EN CONCRETO TUBOS DE CONCRETO REFORZADO PREFAB. COLECTORES Y CANALES DE LADRILLO. TUBOS DE CONCRETO SIMPLE PREFABRICADOS CANALES CON TALUDES EN GRAMA

0.014 0.012 0.015 0.013 0.016 0.014 0.035

10.25 CAUDAL DE DISEÑO

Es la suma de caudal máximo horario (aporte domestico, industrial, comercial e institucional), caudal de infiltración y de conexiones erradas.

275

10.26 VELOCIDADES DE DISEÑO

Mínima:

0.6 m/seg.; a tubo lleno

Máxima:

Conductos de gres 5 m/seg. Conductos de concreto 4 m/seg.

Cualquiera que sea el material de la tubería la velocidad máxima no debe sobrepasar el límite de 5 m/seg. Para evitar la abrasión de la tubería. 10.27 DIAMETRO MINIMO: Para la red de colectores: 8”= Ø Para las conexiones domiciliarias 6”= Ø, puede ser reducida a 4” si la conexión domiciliaria esta en PVC

10.28 DIAMETRO DE DISEÑO

Se toma como máximo la relación entre el caudal de diseño Q y el caudal a tubo lleno Qo. TABLA 21 Q/Qo 0.60 0.70 0.90

DIAMETRO DE LA TUBERIA 8” A 21” 24” A 1.20 m > 1.25 m.

10.29 PROFUNDIDAD MINIMA A LA CLAVE Mínimo: 1.0 m, para dar desagüe a edificaciones sin sótano. 10.30 DISTANCIA ENTRE POZOS No mayor de 120 m para tubería hasta de 36” o mayores con radio mínimo de 10 metros. 10.31 EMPATES DE TUBERIA Por líneas de energía para diámetros mayores de 36”

276

10.32 POZOS DE INSPECCION

Los cambios de dirección se realizan generalmente mediante los pozos de inspección, los pozos de inspección son estructuras cilíndricas cuya unión a la superficie se hace tronco-cónica (sistema antiguo), actualmente estos pozos se hacen todo en sección cilíndrica. En la base del cilindro se coloca la cañuela que hace la transición entre un colector y otro. El diámetro del cilindro del pozo es por lo general de 1.20 m. y en la tapa su diámetro es 0.60 m.. El cilindro y la reducción se constituyen en mampostería o en concreto. La cañuela esta en concreto de 3500 Psi. En el inicio de un colector lateral o inicial se debe colocar un pozo llamado “pozo inicial”. Distancia máxima entre pozos de inspección es de 120 m. (para las labores de limpieza y ventilación). Si el cambio de dirección se realiza con las mismas tuberías se debe colocar un pozo en la curva, si el radio de esta es menor de 40 m. y dos pozos si el radio de la curva es mayor de 40 m.

10.33 DIAMETRO DEL POZO SEGUN EL DIAMETRO DE LA TUBERIA TABLA 22 DIAMETRO DEL COLECTOR DE SALIDA 8” – 24” 27”-30” 33”-36”

DIAMETRO DEL POZO 1.20 m 1.50 m 1.80 m

277

FIG. 66

10.34

FIG. 67

278

En las figuras siguientes se muestran pozos de inspección utilizados para los cambios de dirección siempre y cuando el diámetro de salida sea inferior a 36” 10.35

FIG. 68

279

10.36

FIG. 69

10.37 CAIDA O CAMBIO DE PENDIENTE 10.38 CAMARA DE CAIDA Se proyecta siempre que existe un cambio de pendiente en el terreno así:

280

FIG. 70 El seguimiento mínimo para la ubicación (construcción) de la cámara de caída es que exista una diferencia mayor de 0.75 m entre las cotas de batea de las tuberías concurrentes y la salida del pozo (norma EAAB). La cámara de caída consiste en una tubería colocada, antes de la llegada al cilindro, cuyo diámetro se especifica en la siguiente tabla:

10.39 DIAMETRO DE LA CAMARA DE CAIDA EN FUNCION DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA DE ENTRADA TABLA 23 DIAMETRO DEL COLECTOR DE SALIDA 8”-12” 14”-18” 20”-36” > 36”

DIAMETRO DE LA CAÑUELA 8” 12” 16” RIO ESPECIAL

281

10.40

FIG. 71 Si el cambio de pendiente es demasiado fuerte o impide que los colectores puedan proyectarse paralelamente al terreno, se deben colocar una o varias estructuras de caída en serie. 10.41 DATOS TOPOGRAFICOS NECESARIOS PARA UN PROYECTO DE ALCANTARILLADO

Se deben disponer de los siguientes planos y trabajos complementarios. a) Planos de levantamiento topográfico de la ciudad, lo mas detallado posible y dibujado a escala 1:1000 b) Nivelación de precisión: por los ejes de las calles formando cotas de 20 m. en terrenos planos, con pendientes fuertes con equidistancias de 10 m. y obtener las curvas de nivel. La equidistancia de las curvas de nivel, pueden ser: 1) Menor del 2% 2) Del 2% al 15% 3) Del 5% al 10% 4) Mayor del 10%

Cada 0.5 m de intervalo Cada 1.0 m de intervalo Cada 2.0 m. de intervalo Cada 2,50 m de intervalo

c) Perfiles: los perfiles dibujados siguiendo el sentido del flujo se acostumbra dibujarlos, las pendientes no muy fuertes a escala. H= 1:100; V=1:100 y para terrenos pendientes fuertes H= 1:200; V= 1:1000

282

d) Información Adicional: Se debe tener información lo más completa posible en: 1. niveles freáticos y permeabilidad. 2. Calidad del terreno y su resistencia 3. Información sobre localización de otros servicios como: acueductos, teléfonos, energía, etc. 4. Temperatura media 5. Acidez del terreno o PH

Ejemplo de diseño alcantarillado sanitario

RED DEL ALCANTARILLADO SANITARIO EMPATE DE LOS COLECTORES EN LOS POZOS POR COTA CLAVE ALCANTARILLADO

Aporte de aguas residuales: •

Población de diseño: 5000 habitantes.

•

Área total de la población: 18 hectáreas.

•

Consumo de agua potable 240

•

Coeficiente de rugosidad n = 0.014

•

Q promedio diario

Lt hab * dia

Lt   consumo  * poblacion(hab ) hab * dia   = 86400

283

•

Q promedio diario

•

Lt   240  * 5000(hab ) hab * dia   = 86400

Q promedio = 13.89 diario

•

Lt s

Adoptamos coeficiente de retorno de 75%:

Q prom * C retorno

Qres =

diario

area( poblcion )

dom

Qres = dom

•

13.89 * 0.75 18

Qres = 0.58 dom

Lt s * hab

Aporte de aguas residuales: Por norma adoptamos un valor de 1.5

•

Aporte de agua residuales comerciales: Por norma adoptamos un valor de 2

•

Lt s * hect

Aporte de aguas residuales institucionales: Por norma adoptamos un valor de 0.8

•

Lt s * hect

Aporte total de aguas residuales: Qresiduales = 0.58 + 1.5 + 2 + 0.8 Qresiduales = 4.88

Lt seg * hect

284

Lt s * hect

•

Caudal de diseño: Tomamos la ecuación de Harmon ya que tenemos una población mayor a 1000 habitantes:  18 + pob   Qmax = Qresiduales *    hor  4 + pob 

Qmax hor

  18 + = 4.88 *    4+ 

5000 1000 5000 1000

     

Qmax = 15.8 hor

285

Lt s * hect

POZO

AREA Ha

Q RESIDUAL

INFILTRACION

De A

PARCIAL

TOTAL

L/s*Ha

L/S

L(m)

L Total (m)

C (L/s*km)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 - 5 5 - 9 9 - 13 13 - 17 17 - 21 21 - 25

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8

3,95 7,90 11,85 15,80 19,75 23,70

100 100 100 100 100 100

100 200 300 400 500 600

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

25 - 26

0,25

1,75

15,8

27,65

100

700

0,5

0,35

1 - 2 2 - 6 5 - 6 6 - 10 9 - 10 10 - 14 13 - 14 14 - 18 17 - 18 18 - 22 21 - 22

0,25 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

0,25 0,75 0,50 1,25 0,50 1,75 0,50 2,25 0,50 2,75 0,50

15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8

3,95 11,85 7,90 19,75 7,90 27,65 7,90 35,55 7,90 43,45 7,90

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

100 200 100 400 100 600 100 800 100 1000 100

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,05 0,10 0,05 0,20 0,05 0,30 0,05 0,40 0,05 0,50 0,05

22 - 26

0,50

3,25

15,8

51,35

100

1200

0,5

0,60

26 - 27

0,25

3,50

15,8

55,30

100

2000

0,5

1,00

2 - 3 3 - 7 6 - 7 7 - 11 10 - 11 11 - 15 14 - 15 15 - 19 18 - 19 19 - 23 22 - 23

0,25 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

0,25 0,75 0,50 1,25 0,50 1,75 0,50 2,25 0,50 2,75 0,50

15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8

3,95 11,85 7,90 19,75 7,90 27,65 7,90 35,55 7,90 43,45 7,90

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

100 200 100 400 100 600 100 800 100 1000 100

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,05 0,10 0,05 0,20 0,05 0,30 0,05 0,40 0,05 0,50 0,05

23 - 27

0,50

3,25

15,8

51,35

100

1200

0,5

0,60

27 - 28

0,25

7,00

15,8

110,60

100

3200

0,5

1,60

3-4 4-8 7-8 8 - 12 11 - 12 12 - 16 15 - 16 16 - 20 19 - 20 20 - 24 23 - 24

0,25 0,25 0,50 0,25 0,50 0,25 0,50 0,25 0,50 0,25 0,50

0,25 0,50 0,50 0,75 0,50 1,00 0,50 1,25 0,50 1,50 0,50

15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8 15,8

3,95 7,90 7,90 11,85 7,90 15,80 7,90 19,75 7,90 23,70 7,90

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100

100 200 100 400 100 600 100 800 100 1000 100

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

0,05 0,10 0,05 0,20 0,05 0,30 0,05 0,40 0,05 0,50 0,05

24 - 28

0,25

1,75

15,8

27,65

100

1200

0,5

0,60

28 - EN

-

8,75

15,8

138,25

100

4400

0,5

2,20

286

L/s

Con.Err. (L/s)

Q.Diseño (L/s)

S (%)

DIAMETRO (m)

D comercial

in

(in)

Qll (L/s)

Vll

(m)

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0,79 1,58 2,37 3,16 3,95 4,74

4,79 9,58 14,37 19,16 23,95 28,74

0,460 0,460 0,460 0,510 0,520 0,510

0,116 0,150 0,175 0,191 0,207 0,222

4,551 5,902 6,871 7,507 8,133 8,740

8 8 8 8 10 10

0,2032 0,2032 0,2032 0,2032 0,2540 0,2540

21,57 21,57 21,57 22,71 41,58 41,18

0,67 0,67 0,67 0,70 0,82 0,81

5,53

33,53

0,230

0,273

10,751

14

0,3556

67,84

0,68

0,79 2,37 1,58 3,95 1,58 5,53 1,58 7,11 1,58 8,69 1,58

4,79 14,32 9,53 23,90 9,53 33,48 9,53 43,06 9,53 52,64 9,53

0,370 0,413 0,313 0,412 0,275 0,412 0,227 0,513 0,230 0,520 0,230

0,120 0,178 0,161 0,216 0,165 0,245 0,171 0,258 0,170 0,278 0,170

4,740 7,002 6,331 8,489 6,487 9,632 6,724 10,159 6,708 10,926 6,708

8 8 8 10 8 10 8 14 8 14 8

0,2032 0,2032 0,2032 0,2540 0,2032 0,2540 0,2032 0,3556 0,2032 0,3556 0,2032

19,35 20,44 17,79 37,01 16,68 37,01 15,15 101,31 15,25 102,00 15,25

0,60 0,63 0,55 0,73 0,51 0,73 0,47 1,02 0,47 1,03 0,47

10,27

62,22

0,510

0,297

11,676

14

0,3556

101,01

1,02

11,06

67,36

0,240

0,352

13,855

14

0,3556

69,29

0,70

0,79 2,37 1,58 3,95 1,58 5,53 1,58 7,11 1,58 8,69 1,58

4,79 14,32 9,53 23,90 9,53 33,48 9,53 43,06 9,53 52,64 9,53

0,470 0,317 0,274 0,113 0,275 0,364 0,222 0,519 0,238 0,519 0,232

0,115 0,187 0,165 0,275 0,165 0,250 0,172 0,257 0,169 0,278 0,170

4,533 7,358 6,491 10,819 6,487 9,859 6,752 10,137 6,665 10,930 6,697

8 8 8 14 8 10 8 14 8 14 8

0,2032 0,2032 0,2032 0,3556 0,2032 0,2540 0,2032 0,3556 0,2032 0,3556 0,2032

21,80 17,91 16,65 47,55 16,68 34,79 14,99 101,90 15,52 101,90 15,32

0,67 0,55 0,51 0,48 0,51 0,69 0,46 1,03 0,48 1,03 0,47

10,27

62,22

0,518

0,296

11,642

14

0,3556

101,80

1,03

22,12

134,32

0,230

0,460

18,091

20

0,5080

175,60

0,87

0,79 1,58 1,58 2,37 1,58 3,16 1,58 3,95 1,58 4,74 1,58

4,79 9,58 9,53 14,42 9,53 19,26 9,53 24,10 9,53 28,94 9,53

0,370 0,320 0,373 0,310 0,270 0,320 0,226 0,520 0,227 0,520 0,228

0,120 0,160 0,156 0,188 0,165 0,208 0,171 0,207 0,171 0,222 0,171

4,740 6,317 6,126 7,408 6,509 8,209 6,730 8,152 6,724 8,731 6,719

8 8 8 8 8 10 8 10 8 10 8

0,2032 0,2032 0,2032 0,2032 0,2032 0,2540 0,2032 0,2540 0,2032 0,2540 0,2032

19,35 17,99 19,42 17,71 16,53 32,62 15,12 41,58 15,15 41,58 15,19

0,60 0,55 0,60 0,55 0,51 0,64 0,47 0,82 0,47 0,82 0,47

5,53

33,78

0,520

0,235

9,252

10

0,2540

41,58

0,82

27,65

168,10

0,450

0,441

17,352

20

0,5080

245,62

1,21

287

Q/Qll

V/Vll

d/D

V

V2/2g

d

Energia Especifica

H/D

H

19

20

21

22

23

24

25

TABLA

26

0,22 0,44 0,67 0,84 0,58 0,70

0,672 0,616 0,931 0,997 0,89 0,945

0,362 0,523 0,672 0,785 0,615 0,692

0,447 0,410 0,619 0,698 0,730 0,768

0,010 0,009 0,020 0,025 0,027 0,030

0,074 0,106 0,137 0,160 0,156 0,176

0,084 0,115 0,156 0,184 0,183 0,206

0,266 0,415 0,595 0,798 0,518 0,665

0,054 0,084 0,121 0,162 0,132 0,169

0,49

0,645

0,557

0,441

0,010

0,198

0,208

0,450

0,160

0,25 0,70 0,54 0,65 0,57 0,90 0,63 0,43 0,62 0,52 0,62

0,695 0,945 0,87 0,922 0,885 1,018 0,913 0,81 0,908 0,86 0,908

0,386 0,692 0,528 0,658 0,608 0,826 0,645 0,516 0,639 0,576 0,639

0,415 0,596 0,477 0,674 0,455 0,744 0,427 0,826 0,427 0,883 0,427

0,009 0,018 0,012 0,023 0,011 0,028 0,009 0,035 0,009 0,040 0,009

0,078 0,141 0,107 0,167 0,124 0,210 0,131 0,183 0,130 0,205 0,130

0,087 0,159 0,119 0,190 0,134 0,238 0,140 0,218 0,139 0,245 0,139

0,287 0,623 0,487 0,576 0,510 0,915 0,559 0,408 0,550 0,472 0,550

0,058 0,127 0,099 0,146 0,104 0,232 0,114 0,145 0,112 0,168 0,112

0,62

0,908

0,639

0,924

0,043

0,227

0,271

0,871

0,310

0,97

1,038

0,884

0,724

0,027

0,314

0,341

1,149

0,409

0,22 0,80 0,57 0,50 0,57 0,96 0,64 0,42 0,61 0,52 0,62

0,672 0,984 0,885 0,85 0,885 1,036 0,918 0,806 0,903 0,86 0,908

0,362 0,756 0,608 0,563 0,608 0,876 0,651 0,51 0,682 0,576 0,639

0,452 0,543 0,454 0,407 0,455 0,711 0,424 0,827 0,432 0,882 0,429

0,010 0,015 0,011 0,008 0,011 0,026 0,009 0,035 0,010 0,040 0,009

0,074 0,154 0,124 0,200 0,124 0,223 0,132 0,181 0,139 0,205 0,130

0,084 0,169 0,134 0,209 0,134 0,248 0,141 0,216 0,148 0,245 0,139

0,266 0,739 0,510 0,458 0,510 1,103 0,568 0,402 0,542 0,472 0,550

0,054 0,150 0,104 0,163 0,104 0,280 0,115 0,143 0,110 0,168 0,112

0,61

0,903

0,682

0,926

0,044

0,243

0,286

0,542

0,193

0,76

0,969

0,732

0,840

0,036

0,372

0,408

0,688

0,350

0,25 0,53 0,49 0,81 0,58 0,59 0,63 0,58 0,63 0,70 0,63

0,695 0,863 0,645 0,987 0,89 0,895 0,913 0,89 0,913 0,945 0,913

0,386 0,582 0,557 0,763 0,615 0,62 0,645 0,615 0,645 0,692 0,645

0,415 0,479 0,386 0,539 0,454 0,576 0,426 0,730 0,427 0,776 0,428

0,009 0,012 0,008 0,015 0,010 0,017 0,009 0,027 0,009 0,031 0,009

0,078 0,118 0,113 0,155 0,125 0,157 0,131 0,156 0,131 0,176 0,131

0,087 0,130 0,121 0,170 0,135 0,174 0,140 0,183 0,140 0,206 0,140

0,287 0,479 0,450 0,753 0,518 0,526 0,559 0,518 0,559 0,623 0,559

0,058 0,097 0,091 0,153 0,105 0,134 0,114 0,132 0,114 0,158 0,114

0,81

0,987

0,763

0,810

0,033

0,194

0,227

0,753

0,191

0,68

0,936

0,678

1,134

0,066

0,344

0,410

0,604

0,307

288

NF

TIPO DE FLUJO

COTA RASANTE De

COTA CLAVE

A

De

A

COTA BATEA De

A

27

TIPO

28

29

30

31

32

33

0,614 0,450 0,569 0,554 0,643 0,597

SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO

3172,32 3172,06 3171,8 3171,54 3171,23 3170,91

3172,06 3171,8 3171,54 3171,23 3170,91 3170,6

3171,520 3170,260 3169,000 3167,740 3166,430 3165,110

3171,060 3169,800 3168,540 3167,230 3165,910 3164,600

3171,317 3170,057 3168,797 3167,537 3166,176 3164,856

3170,8568 3169,5968 3168,3368 3167,0268 3165,6560 3164,3460

0,352

SUBCRITICO

3170,6

3170,57

3163,800

3163,570

3163,444

3163,2144

0,548 0,534 0,484 0,562 0,451 0,492 0,404 0,693 0,408 0,688 0,408

SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO

3172,32 3172,15 3172,06 3171,937 3171,8 3171,725 3171,54 3171,513 3171,23 3171,2 3170,91

3172,15 3171,937 3171,937 3171,725 3171,7253 3171,513 3171,513 3171,2 3171,2 3170,88 3170,88

3171,520 3170,350 3171,260 3170,147 3171,000 3169,925 3170,740 3169,713 3170,430 3169,400 3170,110

3171,150 3169,937 3170,947 3169,735 3170,725 3169,513 3170,513 3169,200 3170,200 3168,880 3169,880

3171,317 3170,147 3171,057 3169,893 3170,797 3169,671 3170,537 3169,357 3170,227 3169,044 3169,907

3170,9468 3169,7338 3170,7438 3169,4810 3170,5218 3169,2590 3170,3098 3168,8444 3169,9968 3168,5244 3169,6768

0,530

SUBCRITICO

3170,88

3170,57

3169,080

3168,570

3168,724

3168,2144

0,362

SUBCRITICO

3170,57

3170,53

3162,770

3162,530

3162,414

3162,1744

0,620 0,448 0,451 0,322 0,451 0,429 0,399 0,698 0,416 0,688 0,410

SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO

3172,15 3171,98 3171,937 3171,863 3171,725 3171,65 3171,513 3171,486 3171,2 3171,167 3170,88

3171,98 3171,863 3171,863 3171,65 3171,65 3171,486 3171,486 3171,167 3171,167 3170,848 3170,848

3171,270 3169,900 3171,037 3169,963 3170,925 3169,800 3170,693 3169,641 3170,360 3169,322 3170,020

3170,800 3169,583 3170,763 3169,850 3170,650 3169,436 3170,471 3169,122 3170,122 3168,803 3169,788

3171,067 3169,697 3170,834 3169,607 3170,722 3169,546 3170,490 3169,285 3170,157 3168,966 3169,817

3170,5968 3169,3798 3170,5598 3169,4944 3170,4468 3169,1820 3170,2678 3168,7664 3169,9188 3168,4474 3169,5848

0,673

SUBCRITICO

3170,848

3170,53

3168,928

3168,410

3168,572

3168,0544

0,453

SUBCRITICO

3170,53

3170,5

3161,680

3161,450

3161,172

3160,9420

0,548 0,490 0,408 0,440 0,446 0,503 0,403 0,643 0,404 0,622 0,405

SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO SUBCRITICO

3171,98 3171,81 3171,863 3171,69 3171,65 3171,58 3171,486 3171,46 3171,167 3171,14 3170,848

3171,81 3171,69 3171,69 3171,58 3171,58 3171,46 3171,46 3171,14 3171,14 3170,82 3170,82

3171,180 3169,980 3171,063 3169,820 3170,850 3169,770 3170,618 3169,522 3170,345 3169,276 3170,048

3170,810 3169,660 3170,690 3169,510 3170,580 3169,450 3170,392 3169,002 3170,118 3168,756 3169,820

3170,977 3169,777 3170,860 3169,617 3170,647 3169,516 3170,415 3169,268 3170,142 3169,022 3169,845

3170,6068 3169,4568 3170,4868 3169,3068 3170,3768 3169,1960 3170,1888 3168,7480 3169,9148 3168,5020 3169,6168

0,591

SUBCRITICO

3170,82

3170,5

3169,020

3168,500

3168,766

3168,2460

0,654

SUBCRITICO

3170,5

3170,25

3160,600

3160,150

3160,092

3159,6420

289

COTA ENERGIA De

A

PROF.a CLAVE De

A

34

35

36

37

3171,371 3170,141 3168,918 3167,699 3166,308 3165,025

3170,9405 3169,7116 3168,4929 3167,2112 3165,8394 3164,5518

0,800 1,800 2,800 3,800 4,800 5,800

1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

3163,604

3163,4224

6,800

7,000

3171,375 3170,273 3171,156 3170,039 3170,900 3169,903 3170,650 3169,502 3170,339 3169,212 3170,019

3171,0340 3169,8925 3170,8627 3169,6713 3170,6559 3169,4970 3170,4501 3169,0627 3170,1359 3168,7690 3169,8159

0,800 1,800 0,800 1,790 0,800 1,800 0,800 1,800 0,800 1,800 0,800

1,000 2,000 0,990 1,990 1,000 2,000 1,000 2,000 1,000 2,000 1,000

3169,034

3168,4851

1,800

2,000

3162,823

3162,5155

7,800

8,000

3171,121 3169,847 3170,937 3169,770 3170,825 3169,826 3170,605 3169,428 3170,267 3169,134 3169,929

3170,6808 3169,5485 3170,6939 3169,7030 3170,5809 3169,4303 3170,4093 3168,9826 3170,0669 3168,6919 3169,7240

0,880 2,080 0,900 1,900 0,800 1,850 0,820 1,845 0,840 1,845 0,860

1,180 2,280 1,100 1,800 1,000 2,050 1,015 2,045 1,045 2,045 1,060

3168,765

3168,3406

1,920

2,120

3161,522

3161,3498

8,850

9,050

3171,035 3169,874 3170,951 3169,770 3170,752 3169,650 3170,528 3169,400 3170,255 3169,180 3169,958

3170,6940 3169,5867 3170,6076 3169,4766 3170,5123 3169,3704 3170,3291 3168,9314 3170,0551 3168,7084 3169,7572

0,800 1,830 0,800 1,870 0,800 1,810 0,868 1,938 0,822 1,864 0,800

1,000 2,030 1,000 2,070 1,000 2,010 1,068 2,138 1,022 2,064 1,000

3168,957

3168,4732

1,800

2,000

3160,399

3160,0520

9,900

10,100

NOTA: DATOS OBTENIDOS DEL PLANO TOPOGRAFICO (DATOS DE LAS ANTERIORES TABLAS) 290

TABLAS: TABLA 24 Profundidad hidraulica en funcion de la relacion de caudales para N/No variable

291

TABLA 25 Relaciones hidraulicas para conductos circulares (no/n variable)

292

DIAGRAMA HAZEN-WILLIAMS

293

DIAGRAMA MOODY

294

10.42 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Legislación ambiental, decreto 2105/83, calidad y potabilizacion del agua. Ley 142/94, servicios públicos domiciliarios.

Autor López Cualla Ricardo A.

Editorial

Edición

Escuela Primera Colombiana Edición de Ingeniería

Tipo Consulta

Castilla, A.R. Universidad de la Salle

Segunda edición, 1984

Consulta

Corcho Freddy

Segunda edición, 1993 Segunda edición, 1978 Primera, 1978

Consulta

Universidad de Medellín

Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana Pérez Carmona Rafael

Escala

Arturo, Lauro Horacio

Universidad Nacional, Bogota

Ministerio Prensa del Medio Oficial Ambiente

295

Consulta

Consulta

Consulta

1977

Consulta

10.43 AUTOEVALUACION: UNIDAD 10

1. Cuantos sistemas de alcantarillado conoce, descríbalos 2. División de las aguas residuales 3. Clasificación de los conductos en alcantarillados 4. Describa el sistema abanico (ayudado de un esquema) 5. Que es una densidad de población, de ejemplos. 6. Que comprende el caudal medio de diseño 7. Cual es le coeficiente de retorno para Bogota 8. Con que formula se calcula al aporte medio diario. 9. Escriba la formula de Harmon. 10. Según la EAAB en que porcentaje toma el valor en conexión erradas. 11. Velocidad máxima y mínima de diseño. 12. Diámetro mínimo en la red de colectores 13. Diámetro mínimo en conexiones domiciliarias 14. Distancia entre pozos de inspección. 15. Cuando se utiliza cámara de caída 16. Nombre tres datos topográficos necesarios para un proyecto de alcantarillado.

296

PRUEBA FINAL 1.

Defina brevemente: a. b. c. d. e.

2.

Cota clave Cota batea Hidrante Desarenerador Agua polucionada

Los datos de una población para una localidad son: Año 1985→ →60000 hab. Año 1995→ →80000 hab. Predecir la población para el año 2006, aplicando el método aritmético.

3. Cuales son las dimensiones mínimas de una rejilla de Bocatoma de fondo. 4.

Como se divide el consumo de una población.

5. Determine la velocidad de sedimentación de una partícula de 0.010 cm. de diámetro (peso especifico 1.10), en agua a temperatura 20ºC (emplee fig. 4.2 y 4.3) 6. Aplicando el método de Planeacion Nacional, obtenga el consumo para una población de 100000 hab. 7. Estimando que la comunidad debe ser abastecida para el periodo de diseño previsto, alcanzara una población de 200000 hab. Y la dotación se ha estimado de 280 lts./hab./día. Determine para cada elemento del sistema el gasto a considerar para el diseño, son 16 horas de bombeo. (tomar K= 1.2, K=1.5, K=1.8) 8. Que es una válvula de purga y cual es el diámetro de la derivación a la válvula con respecto a la tubería principal. 9.

Si P= 500000 hab., dotación= 260 lts./hab./día, obtenga: a. Qm b. QMD, (K01.2)

297

10.

Complete la siguiente tabla (ver grafica en seguida)

TRAMO

Ø (cm.)

L (m)

Q(lts./seg)

AB BE EF FA BC CD DE EB

50 40 50 60 50 40 50 40

900 1200 900 1200 900 1200 900 1200

201.44 62.39 198.56 198.56 139.05 139.05 260.95 62.39

S‰

hfm)

hf/Q

∆Q

Q1

V

B A

C

MALLA I

C= 100 n= 1.85

MALLA II

F

D E

11. a) Clasifique los conductos en alcantarillado sanitario b) Diámetro mínimo en la red de colectores c) Cuando se utiliza la cámara de caída d) Dimensiones de un pozo de inspección e) Distancia entre pozos de inspección f) Halle el aporte medio diario de aguas residuales domesticas si CR= 85%, C= 250 lts./hab./día, D= 100 hab./Ha, A= 1 Ha. g) Cual es el aporte medio de aguas negras industriales h) Cual es el aporte medio diario en caudal comercial i) Cual es el aporte medio diario de caudal institucional. j) Velocidad de diseño en alcantarillado sanitario (máximas y mínimas). k) Nombre 4 datos topográficos para un proyecto de alcantarillados.

298

LISTA DE FIGURAS PAG. FIG. 1

Representación de un modelo de acueducto junto con un alcantarillado.

24

FIG. 2

Ciclo hidrológico.

36

FIG. 3

Proyecciones de las poblaciones.

57

FIG. 4

Bocatoma en tramo recto del río

72

FIG. 5

Bocatoma en tramo curvo de río.

72

FIG. 6

Variante de la captación de fondo, tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, Pág. 19”

74

Planta de Bocatoma Lateral, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, Pág. 20.”

75

FIG. 7

FIG. 8

Esquema de Bocatoma lateral, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 77.” 76

FIG. 9

Bocatoma con desarenerador, tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados”; autor: “Luís Felipe Silva Garavito” 10ma edición, Pág. 23.

FIG. 10 y FIG 11

77

Bocatoma con muro transversal, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados” autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 77. 78-79

FIG. 12

Bocatoma lateral con bombeo, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados” autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 77. 80

FIG. 13

Corte trasversal Bocatoma lateral con bombeo, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 77. 81

299

FIG. 14

Bocatoma mediante sifón invertido, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados”; autor: “Luís Felipe Silva Garavito” 10ma edición, Pág. 23.

82

FIG. 15

Bocatoma con flotador con manguera flexible, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados”; autor: “Luís Felipe Silva Garavito” 10ma edición, Pág. 23. 84

FIG. 16

Bocatoma de bombeo flotante, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados”; autor: “Luís Felipe Silva Garavito” 10ma edición, Pág. 26. 85

FIG. 17

Bocatoma deslizante, tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados”; autor: “Luís Felipe Silva Garavito” 10ma edición. 86

FIG. 18

Bocatoma deslizante, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA” 87

FIG. 19

Cámara de recolección, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla”, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 82. 88

FIG. 20

Corte A-A cámara de recolección, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 82. 89

FIG. 21

Corte B-B cámara de recolección, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 83. 90

FIG. 22

Cortes transversales en el canal de aduccion, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 89. 92

FIG. 23

Corte de la cámara de recolección, , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 89. 93

FIG. 24

Diseño de la rejilla, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 86. 94

300

FIG. 25

Perfil del canal de aduccion, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 88. 96

FIG. 26

Cota batea tubería de salida hacia el desarenador= cota eje de la tubería – ø/2.

104

FIG. 27

Cota clave, cota batea.

105

FIG. 28

Planta Bocatoma de Fondo

116

FIG. 29

Bocatoma de fondo corte A-A

116

FIG. 30

Corte B-B

117

FIG. 31

Detalle corte B-B (rejilla)

117

FIG. 32

Detalle rejilla

118

FIG. 33

Planta del desarenador, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla” , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 155. 124

FIG. 34

Numero de Reynolds, tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 177”. 126

FIG. 35

Valores para K1 y K2; tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 180”. 127

FIG. 36

Velocidades de asentamiento y flotación de esferas, ; tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 181”. 128

FIG. 37

Zonas de un desarenerador, , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados”. Autor: “Ricardo López Cualla”, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 155. 130

FIG. 38

Vertedero de salida

139

FIG. 39

Planta desarenador

146

FIG. 40

Desarenerador corte A-A

147

301

FIG. 41

Planta caseta de cloración

148

FIG. 42

Corte A-A caseta de cloracion.

148

FIG. 43

Detalle de vertedero

149

FIG. 44

Perfil de la línea de aduccion, tomada del libro “Criterios básicos para el diseño d acueductos y alcantarillados. Autor: Simón Arocha, pag. 110”. 183

FIG. 45

Clases de tubería en funcion de presión, tomada del libro “ Criterios básicos para el diseño de acueductos y alcantarillados. Autor: Simón Arocha, pag. 110”. 185

FIG. 46

Esquema primera posición, tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 231”. 200

FIG. 47

Esquema Ventosa, tomada del libro “ Criterios básicos para el diseño d acueductos y alcantarillados. Autor: Simón Arocha. 201

FIG. 48

Válvula de purga, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 175.” 201

FIG. 49

Esquema segunda posición, tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 232”. 202

FIG. 50

Tubería por encima de la línea piezometrica, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 172.” 203

FIG. 51

Tubería esta por encima del plano piezometrico estático, tomada del libro “Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 233”. 204

FIG. 52

Tubería por encima del plano estático de presión absoluta, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA.” 204

FIG. 53

Válvula de purga, tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 266”. 205

302

FIG. 54

Válvula de purga, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 175.” 205

FIG. 55

Ventosa, tomada del libro “Criterios básicos para el diseño d acueductos y alcantarillados. Autor: Simón Arocha, pag. 117”. 207

FIG. 56

Ventosas (partes y materiales), funcionamiento, tomada del libro “Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 260”. 208

FIG. 57

Características de funcionamiento de una ventosa, , tomada del libro “ Acueductos, teoría y diseño. Autor: Fredy Hernán Corcho Romero, editorial: Universidad de Medellín, pag. 260”. 209

FIG. 58

Dispositivo de válvulas al aislar tramos de la red, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 239.” 241

FIG. 59

Norma Insfopal, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, pag. 144”. 242

FIG. 60

Esquema de conexión domiciliaria, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición” 249

FIG. 61

Sistema de un alcantarillado perpendicular con interceptor, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, pag. 268.” 267

FIG. 62

Sistema perpendicular sin interceptor, tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, pag. 162”. 268

FIG. 63

Sistema perpendicular con interceptor y aliviadero, tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, pag. 151”. 268

FIG. 64

Sistema bayoneta, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 270”. 269

303

FIG. 65

Grafico de Hunter, , tomada del libro “Diseño de acueductos y alcantarillados; autor: Luís Felipe Silva Garavito 10ma edición, pag. 168”. 273

FIG. 66

Pozo de inspección sin cambio de dirección , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 271”. 278

FIG. 67

Corte A-A, pozo de inspección sin cambio de dirección, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 272”. 278

FIG. 68

Pozo de inspección con cambio de dirección , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 273”. 279

FIG. 69

Corte A-A, pozo de inspección con cambio de dirección, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 274”. 280

FIG. 70

Planta cámara de caída, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 275”. 281

FIG. 71

Corte A-A, cámara de caída, tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo Lopez Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA, PAG. 276”. 282

FIG. 72

MONOGRAMA HAZEN-WILLIAMS, Tomado del archivo del Acueducto Y Alcantarillado de Bogota. 293

FIG. 73

DIAGRAMA MOODY, tomada del libro “Mecánica de Fluidos aplicada, Autor: Robert L. Mott.”. 294

304

LISTA DE TABLAS Pág. TABLA 1

Periodos de diseño acueductos y alcantarillados.

25

TABLA 2

vida probable de estructuras y equipos.

64

TABLA 3

Temperatura del agua.

82

TABLA 4

Numero DE HAZEN Vs/Vo=θ/t.

133

TABLA 5

Tabla de consumo domestico (según INSFOPAL)

154

TABLA 6

Valores de consumo de agua (SCHOCKLISTH).

155

TABLA 7

Consumo por incendio.

156

TABLA 8

Consumo público (INSFOPAL).

156

TABLA 9

Factores de mayoración.

163

TABLA 10

Clases de tubería en funcion de la presión.

187

TABLA 11

Diámetro de la válvula de purga.

206

TABLA 12

Presiones máximas de trabajo tubería de asbesto Cemento (ETERNIT)

210

TABLA 13

Para Relación Diámetro-Espesor (RDE), PVC.

210

TABLA 14

Coeficientes de Rugosidad.

211

TABLA 15

Constante K de capacidad del tanque.

231

TABLA 16

Regulaciones sobre presiones de servicio (estáticas) en la red.

237

TABLA 17

Velocidad máxima en la red.

238

TABLA 18

Velocidad mínima en la red.

238

TABLA 19

Aporte de infiltración por longitud de tubería ( según Insfopal y la EAAB).

274

TABLA 20

Infiltración (según Insfopal y la EAAB).

274

TABLA 21

Diámetro de diseño.

276

TABLA 22

Diámetro del pozo según el diámetro de la tubería.

277

305

TABLA 23

Diámetro de la cámara de caída

TABLA 24

Profundidad hidráulica en funcion de la relación de caudales para N/No variable, , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo López Cualla , editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 282.”. 291

TABLA 25

Relaciones hidráulicas para conductos circulares (no/n variable) , tomada del libro “Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. Autor: Ricardo López Cualla, editorial ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA, Pág. 145.”. 292

306

281

NOTA: La teoría, las graficas y el contenido de los siguientes libros: titulo Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados Curso de abastecimiento de agua para poblaciones Acueductos Teoría y diseño Diseño de acueductos y alcantarillados Auxiliar para diseño y construcción de alcantarillados Diseño básico de acueductos y alcantarillados Tipos de cortina en tierra

Autor

Editorial

Edición

Tipo

López Cualla Escuela Ricardo A. Colombiana de Ingeniería

Primera Edición

Consulta

Castilla, A.R.

Universidad de la Salle

Segunda edición, 1984

Consulta

Corcho Universidad Freddy de Medellín Silva G. Luis Universidad Felipe Javeriana

Segunda edición, 1993 Segunda edición, 1978

Consulta

Pérez Carmona Rafael

Primera, 1978

Consulta

Escala

Arturo, Lauro Universidad Horacio Nacional, Bogota Biblioteca Universidad Gran Colombia Ingeniería de los E. Rose recursos Thrust hidráulicos, Exertec. C. presas Zanger Mecánica De Mataix Alfaomega Fluidos y Claudio maquinas hidráulicas Diseño de Arocha R. acueductos Simón

Consulta

Consulta

1952

Consulta

Segunda

Consulta

Consulta

Fueron tomados y consultados para la realización total del presente módulo. NOTA: La anterior bibliografía reseñada se recomienda a los estudiantes para el complemento del aprendizaje del presente modulo, el cual se desarrollo en base y con el contenido de los mismos

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