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ABASTECIMIENTO DE AGUA

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ABASTECIMIENTO DE AGUA

  1. 1. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO INTRODUCCIÓN Todo tipo de comunidad ya sea parte urbana o rural tiene necesidades básicas, la más importante es tener un sistema que permita el abastecimiento de agua potable la cual es necesaria para la mayoría de las labores que se desempeñan a diario, en base a esto el hombre ha venido elaborando diferentes tipos de estrategias para cumplir con este objetivo cada vez de mejor manera, buscando cubrir las demandas de agua y mejorar los estándares de calidad de vida En este trabajo se pretende poner en práctica todos los conocimientos adquiridos en las clases de “ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO” para el diseño de abastecimiento de agua potable de la localidad “Huancarama”, ubicada en la región Apurímac de la Provincia de Andahuaylas, se calculó: la población futura proyectada para 20 años, cámara de captación, el consumo promedio diario anual, consumo máximo diario, consumo máximo horario, línea de conducción, reservorio y la red de distribución; los diámetros de las tuberías, las pérdidas en los tramos. La importancia en esta determinación radica en poder asegurar a la población el suministro eficiente y continuo de agua en cantidad y presión adecuada durante todo el periodo de diseño. Las cantidades de agua estarán definidas por los consumos estimados en base a las dotaciones de agua. Sin embargo, el análisis de la red debe contemplar las condiciones más desfavorables, para las condiciones de consumo máximo horario y las estimaciones de la demanda de incendio. Lo complejo de un “Lo complejo de un sistema de abastecimiento de agua implica un conocimiento conceptual en aspectos de hidrología, hidráulica y saneamiento ambiental, y requiere, en algunas de sus partes, del apoyo del concreto armado y de la resistencia de materiales, que hacen de esta materia un acopio de variados aspectos de ingeniería, con soluciones diversas. En el estudio de las variadas alternativas, intervienen también criterios diversos que conjugan los aspectos técnicos con los privativos, bajo el punto de vista de ingeniería” Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  2. 2. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO JUSTIFICACIÓN Este trabajo se realiza con el fin de cubrir la necesidad básica de suministrar agua potable a la localidad de Huancarama, teniendo en cuenta los parámetros y normas técnicas sobre Obras de Saneamiento del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) en el capítulo II, numeral II.3 OBRAS DE SANEAMIENTO presenta las normas O.S desde la 0.10 hasta la 100, donde especifica los requerimientos mínimos y alcances técnicos para los proyectos de agua potable y alcantarillado para el correcto funcionamiento del sistema hidráulico. El diseño hidráulico de la red de distribución se hace aplicando el método de Hardy Cross analizando todas las características del sistema como tuberías, flujo y presiones, mostrando el comportamiento hidráulico del sistema y analizando las variantes del mismo. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  3. 3. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO OBJETIVOS DEL TRABAJO OBJETIVO GENERAL  Aplicar los conocimientos obtenidos en el curso de “ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO” y realizar los cálculos correspondientes en cada tema. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Determinar la población futura y los consumos máximos diarios y horarios y la cámara de captación.  Determinar la línea de conducción y los diámetros de las tuberías (perdidas, presiones y clase de tuberías)  Realizar un análisis hidráulico a partir del uso del método de Hardy Cross, el cual permite calcular el comportamiento de una red de distribución. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  4. 4. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO DISEÑO HIDRÁULICO DE AGUA POTABLE DE LA LOCALIDAD HUANCARAMA. CARACTERISTICAS GENERALES DE LA LOCALIDAD La Localidad de Huancarama se encuentra ubicada en el Distrito de Huancarama, Provincia de Andahuaylas, Región Apurímac, a una altitud promedio de 2990 m.s.n.m. 1. CLIMA Si tenemos en cuenta, la importancia del clima como uno de los elementos del medio natural, que tiene mayor incidencia en la economía del poblador, pues repercute en sus principales fuentes de producción: maíz, papa, trigo y otros cultivos y animales como: vacuno, porcino, por lo cual podemos afirmar que en las localidades del Distrito de Huancarama se cuentan con diversos microclimas por ello una diversidad en la producción y crianza de animales, por la conformación geográfica y climatológica que presenta el distrito y sus comunidades campesinas La localidad presenta un clima de transición entre el clima templado quechua y el clima frío de puna. La temperatura media anual es de 19.4°, la temperatura media mínima es de 6.8°, siendo el mes más frígido julio con 0.8°. La precipitación anual es de 716 mm distinguiéndose dos estaciones bien diferenciadas; una de período de lluvias entre octubre y abril, y otro de período seco entre mayo y Setiembre. 2. FISIOGRAFÍA Las localidades de Huancarama se caracterizan por su dinámica comercial con el distrito y transitabilidad de vehículos y peatones, para ello las vías constituyen en el principal recurso, éstos se caracterizan por su alto demanda de comercios y el crecimiento del parque automotriz, el suelo que se encuentra es de capa solida compacta y con mínimas proporciones de arcilla y Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  5. 5. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO tierra negra, el relieve topográfico de la superficie es de pendiente ligera y accidentada. Fisiográficamente en el área que comprende el proyecto se puede apreciar un material suelo orgánico con presencia de raíces, mezclado con limo orgánico en su superficie y profundizando hasta llegar a –2.00 metros de profundidad a más se encuentra estratos formados por suelos arcillosas. 3. RECURSOS HÍDRICOS. El drenaje hidrográfico en la Región tiene una orientación general de Sur a Norte y todos sus ríos convergen hacia la cuenca del río Apurímac, al que dan sus aguas por la margen izquierda. De acuerdo a su ubicación y recorrido llegan a conformar tres cuencas, se clasifican en aguas de régimen permanente y aguas de régimen estacional. En cuanto a los ríos de segundo orden tenemos el Andahuaylas (Huancarama) que Nace en las quebradas del distrito de Huancarama tiene como afluentes a las cuencas, desembocando en este último sobre el río Apurímac, lugar donde este cambia de curso para dirigirse al norte. La colectora principal del recurso hídrico en la provincia de Andahuaylas es el Apurímac, por su caudal, importancia económica y recorrido está considerado como el de Primer Orden dentro de la Provincia. Este río nace en la quebrada de Cconoc a 2842.00msnm y recorre con dirección general sureste. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  6. 6. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO 4. RECURSOS DE FLORA Y FAUNA. El territorio de Apurímac Fito geográficamente se divide en doce formaciones ecológicas; estas constituyen un ambiente propicio de plantas leñosas, maderables, plantas ornamentales, industriales, y gran variedad de hierbas medicinales, aparte de contar con otras especies que adornan el medio paisajístico. Entre las principales especies que se encuentran en el ámbito, tenemos, Maderables: la intimpa, queuña, el chachacoma, unka, molle, nogal, aliso, eucalipto, cedro; Construcción: Carrizo, maguey, cabuya; Alimenticias: tuna, pacae, lúcuma, capulí, sauco, etc.; Leñosas: chamana, retama, tayanco, huarango; también se tiene plantas Medicinales, Aromáticas, etc. El ecosistema del ámbito del proyecto, es variado, teniendo muchas especies forestales arbustivas y herbáceas y pastos, todos ubicados en la parte alta, media y baja. Las observaciones de campo ha posibilitado la verificación de las especies de flora más conspicuas y de aquellas que podrían ser alteradas Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  7. 7. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO en su biomasa, densidad, frecuencia y hábitat. La flora predominante de toda la zona del proyecto está conformado por: Maíz., Papa, Habas, etc. La presencia de animales en un determinado tipo de hábitat está íntimamente relacionada con el tipo de vegetación existente en la zona. En vista a que la zona se ubica sobre una altura de los 3200 a 3500 msnm, está muy claramente definida por su clima frígido, la rarificación atmosférica, las temperaturas medias bajas, las grandes variaciones de la temperatura entre día y la noche, además de los fuertes vientos. A pesar de estos factores adversos, la fauna es variada y muy original, destacando las siguientes: Zorro andino, Venado, Culebra, Sapo, Rana, Águila, Perdiz, Lagartija, Cóndor. 5. ASPECTO CULTURAL No existen vestigios en superficie de sitios arqueológicos o áreas de patrimonio cultural en el área de influencia del proyecto o que se encuentren registrados en el Ministerio de Cultura. No existe el riesgo de que el proyecto dañe o destruya bienes culturales físicos fuera del área de influencia del proyecto. 6. UBICACIÓN DEL PROYECTO Políticamente, su ubicación es: Región : Apurímac. Provincia : Abancay. Distrito : Huancarama. Localidad : Huancarama. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  8. 8. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO 7. VÍAS DE ACCESO Las localidades del distrito de Huancarama se articulan con las provincias de Andahuaylas y Abancay y también con los distritos aledaños que mueven la economía de las familias campesinas, a través de la siguiente vía. Cuadro N° : Tiempo estimado y tipo de vía. Tramos Kilómetros Horas Recorrido Tipo de Vía Tipo de Vehiculo Abancay – Pte. Sahuinto 15.00 15 min Carretera asfaltada Pesados Pte. Sahuinto – Huancarama 45.00 1 hora Carretera Afirmada Pesados Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  9. 9. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO MARCO TEÓRICO 1. SISTEMAS DE AGUA POTABLE EN EL AREA URBANA Y RURAL 1.1 SISTEMAS DE AGUA POTABLE URBANOS Los sistemas de abastecimiento de agua potable están conformados por una o varias captaciones, planta de tratamiento, tuberías de conducción y/o impulsión, reservorios y red de distribución de agua. En la siguiente figura mostramos esquemáticamente los componentes principales de un sistema de abastecimiento de agua potable. El objetivo del servicio de agua potable es suministrar una cantidad de agua apropiada y de buena calidad, con presión suficiente y en forma continua. Se denomina a la cantidad media anual de consumo de agua domestico dotación y se expresa en litros por habitante por día: l/h/d. La dotación varía mucho con el clima, posición económica – social, calidad y costo del agua, tamaño de la población, presión del agua, consumo industrial, pérdida y desperdicio en la red, servicio público, medidores y controladores de presión, jardines particulares. Existe un consumo muy importante que corresponde a las pérdidas de agua existentes por falta de conservación y mantenimiento de los sistemas, Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  10. 10. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO conexiones clandestinas, fugas, reboses, consumos operacionales excesivos, y una estimación prudente es que este valor es del orden de un 50% o más respecto al consumo total. En general, un servicio bien administrado y con un programa de control de perdidas, en el mediano plazo puede llegar a rebajar las pérdidas a una cifra entre 10 y 20%. Los sistemas de estructura de las captaciones, tratamientos y conducciones en los sistemas de agua potable se diseñan para una población futura, generalmente a 10 o 20 años de plazo. El dimensionamiento se basa en esta población prevista y el consumo máximo diario por habitante, que varía con las características locales, puede ser entre un 20 y un 50% superior a la dotación. Durante el año son usuales los cambios climáticos y también hay otros factores que hacen variar los patrones de consumo de agua para la comunidad. En un periodo de verano y antes que comiencen las vacaciones escolares, es muy probable que se presenten periodos y horas con los consumos máximos. Esto obliga al servicio a satisfacer estas demandas incrementadas. El consumo máximo horario es el criterio para dimensionar la red de distribución y ciertas conducciones que entregan agua a partir del reservorio. Ahora bien, el reservorio tiene como rol proveer el caudal máximo durante las horas de máximo consumo del día de más alto uso de agua más un volumen para emergencias. Algunos criterios para dimensionarlo se estiman entre 0,5 y 2 veces el consumo promedio. A esto hay que agregar las eventualidades: incendio y suspensiones de servicio por diferentes razones. Al interior de los domicilios, instituciones, industrias y cualquier clase de establecimiento, habrá instalaciones de distribución de agua potable conectadas a la red pública. A la entrada, la conexión a la red tendrá un medidor de consumos, el cual es el elemento principal que permite el cobro del servicio. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  11. 11. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO 1.2 SISTEMAS DE AGUA POTABLE RURAL En el Perú en la década de los 90 se incrementaron los programas de abastecimiento de agua potable y saneamiento en el medio rural, estableciéndose programas de apoyo social y de cooperación técnica por parte del estado. Estos programas han sido hasta hoy insuficientes puesto que los niveles de servicio alcanzados en muchos departamentos del país son mínimos. Las soluciones se han basado en sistemas de agua potable por gravedad, con una captación en lo posible de aguas subterráneas (manantiales), para disponer agua de mejor calidad e instalaciones dimensionadas de acuerdo al consumo. Especial atención se ha dado a la participación comunitaria: durante la planificación y construcción y posteriormente, en la operación y mantenimiento del sistema. Los mismos esquemas han sido aplicados para los sistemas de agua potable individuales o para grupos de viviendas, también tratando de usar aguas subterráneas por medio de pozos con bombas de mano, construidos con máquinas perforadoras o manualmente, o captando de manantiales; generalmente las redes de distribución son abiertas o ramificadas. 2. ESTUDIOS DE POBLACIÓN En todo Proyecto de abastecimiento de agua potable uno de los parámetros importantes que debe evaluarse es la población actual y futura. En el Perú, el organismo estatal encargado de llevar los datos oficiales acerca del crecimiento poblacional es el Instituto Nacional de Estadística e Informática INEI cuyos datos abarcan a todo el país. Se cuenta con datos censales desde 1836, hasta el 2007. El crecimiento demográfico en las poblaciones, se debe a los siguientes factores: La tasa de natalidad, la tasa de mortalidad y las migraciones. Las dos primeras, constituyen el crecimiento vegetativo. Es muy raro encontrar estos factores sobretodo en poblaciones rurales, en caso de utilizar los mismos el método desarrollado se conoce con el nombre de crecimiento poblacional por método de las componentes. El crecimiento Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  12. 12. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO poblacional, está íntimamente ligado al tamaño del proyecto y por tanto, al periodo de diseño que se analice. Debido a factores imprevisibles, una población no puede ser extrapolada con seguridad a más de 20 años, pues durante periodos más largos, podrían ocurrir fenómenos de crecimiento que distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adoptar. La Tasa de Crecimiento poblacional es el aumento (o disminución) de la población por año en un determinado período debido al aumento natural y a la migración neta, expresado como porcentaje de la población del año inicial o base. La Tasa Vegetativa de crecimiento es simplemente los nacimientos menos las defunciones. Si hay más defunciones que nacimientos obtendremos un número negativo, o dicho de otro modo, en lugar de ganar población se pierde. La Tasa de Natalidad es número de niños nacidos vivos en un año, expresado como porcentaje de la población o por cada 1000 personas; y la tasa bruta de natalidad es el cociente entre el número de nacimientos ocurridos durante un periodo determinado (generalmente un año calendario) y la población media del mismo periodo. La Tasa de Mortalidad es número de defunciones ocurridas en un año, como porcentaje de la población o por cada 1000 personas; y la tasa bruta de mortalidad es el cociente entre el número de defunciones de todas las edades ocurridas en un periodo determinado (generalmente un año calendario) y la población estimada a mitad del mismo periodo. La Tasa de Migración es el cociente entre el saldo neto migratorio de un periodo (inmigrantes menos emigrantes) y la población estimada a mitad del mismo periodo. Para proyectar la población, la elección final del método depende, de la experiencia del proyectista y del conocimiento que se tenga acerca de las condiciones Socio-Económicas y características de salud de la población, de esta manera se puede tomar una tasa de crecimiento con diferentes hipótesis, las Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  13. 13. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO cuales pueden ser altas, medias y bajas según los datos que se tengan ya sea del INEI, de las municipalidades, de las regiones, etc. 2.1 CÁLCULO DE LA POBLACIÓN FUTURA Para el cálculo de la población futura se podrá utilizar uno de los siguientes métodos de crecimiento, (racional, grafico, aritmético, geométrico, incremento variable, parábola de segundo grado, etc.) según el tipo de población, dependiendo de las características socio-económicas de la población. Para el cálculo de la población futura de la localidad de Huancarama se realizó por distintos métodos, obteniendo los siguientes datos:  Método aritmético: Pf = 7174 habitantes  Método geométrico: Pf = 8122 habitantes  Método de la parábola de 2do grado: Pf = 13318 habitantes Por estar acorde con la realidad de la población se utilizó el método geométrico 3. DOTACION La dotación es la cantidad de agua que requiere cada persona de la población, expresada en l/hab/día. Conocida la dotación, es necesario estimar el consumo promedio diario anual, el consumo máximo diario, y el consumo máximo horario. El consumo promedio diario anual, servirá para el cálculo del consumo máximo diario y horario. El valor del consumo máximo diario es utilizado para el cálculo hidráulico de la línea de impulsión (línea de conducción) mientras que el consumo máximo horario, es utilizado para el cálculo hidráulico de la línea de aducción, red de distribución, gastos contra incendio y redes de alcantarillado. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  14. 14. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO 3.1 DOTACION DE AGUA La dotación media diaria por habitante es la media de los consumos registrados durante un año. Para el caso de ampliación, incorporación o cambio de los componentes de un sistema, la dotación media diaria deberá ser fijada en base al análisis y resultados de los datos de producción y consumo del sistema. Dicho análisis debe considerar los efectos de consumo restringido cuando la disponibilidad de agua no llegue a cubrir las demandas de la población. El RNE indica si no existieran estudios de consumo y no se justificara su ejecución, se considerara en sistemas con conexiones domiciliarias una dotación siguiente:  Clima frío 180 l/hab/d  Clima Templado y Cálido 220 l/hab/d En programas de vivienda con lotes de área menor o igual a 90 m2, las dotaciones serán:  Clima frío 120 l/hab/d  Clima Templado y Cálido 150 l/hab/d Para sistemas de abastecimiento indirecto por surtidores para camión, o piletas públicas se considera las siguientes dotaciones:  Clima frío 30 l/hab/d  Clima Templado y Cálido 50 l/hab/d Para habilitaciones industriales se justificara el estudio de acuerdo a los procesos existentes, y en habilitaciones comerciales se aplicara la norma IS.010 Instalaciones sanitarias para edificaciones. 3.2 VARIACIONES DE CONSUMO El RNE, recomienda que los valores de las variaciones de consumo referidos al promedio diario anual deban ser fijados en base a un análisis de información estadística comprobada. Si no existieran los datos, se puede tomar en cuenta lo siguiente:  Máximo anual de la demanda Diaria 1.3  Máximo anual de la demanda horaria 1.8 a 2.5 Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  15. 15. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO En general la finalidad de un sistema de abastecimiento de agua es la de suministrar agua a una comunidad en forma continua y con presión suficiente a fin de satisfacer razones sanitarias, sociales, económicas y de confort, propiciando así su desarrollo. Para lograr tales objetivos, es necesario que cada una de las partes que constituyen el sistema esté satisfactoriamente diseñada y funcionalmente adaptada al conjunto. Esto implica el conocimiento cabal del funcionamiento del sistema de acuerdo a las variaciones en los consumos de agua que ocurrirán para diferentes momentos durante el período de diseño previsto. Los consumos de agua de una localidad muestran variaciones estaciónales, mensuales, diarias y horarias. Estas pueden expresarse en función (%) del Consumo Medio (Q m). a) CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL Ello nos permite definir el Consumo promedio diario como el promedio de los consumos diarios durante un año de registros expresado en [l/s]. Así mismo, se define también el Consumo Máximo Horario, como la hora de máximo consumo del día de máximo consumo. El consumo promedio diario, se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para una población futura expresado en litros por segundo (Lt/seg), el cual se determina con la siguiente relación. Dónde:  Qpd = Consumo promedio diario  Pf = Población futura  Dot = dotación Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  16. 16. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO b) VARIACIONES DIARIAS Varía durante el año, en función de las condiciones climatológicas y los hábitos de la población, es así en los días de una semana se dan consumos máximos y mínimos.  EL Consumo Máximo Diario (Qmd) Es el día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los días del año Según el RNE el máximo anual de la demanda diaria K1 es igual a 1.3 c) VARIACIONES HORARIAS Durante un día cualquiera, los consumos de agua de una comunidad presentarán variaciones hora a hora dependiendo de los hábitos y actividades de la población. Teniéndose horas de máximo y mínimo consumo según el clima de la población.  El consumo máximo horario Se define como la hora de máximo consumo las 24 horas del día. Según el RNE el máximo anual de la demanda horaria comprende valores entre 1.8 – 2.5 Al respecto podemos indicar que en poblaciones donde el proyectista vea un franco crecimiento poblacional se asumirá el valor máximo y en poblaciones mayores donde se aprecie satura miento se asumirá el mínimo valor u otro según su análisis. En el siguiente cuadro se muestra la curva de variaciones de consumo para la localidad de Huancarama, con 2 picos bien definidos al comienzo de las actividades del mediodía y en horas de la tarde baja. Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  17. 17. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO 4. CAPTACIÓN Como la captación depende del tipo de fuente y de la calidad y cantidad de agua, el diseño de cada estructura tendrá características típicas. Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captación constará de tres partes: La primera, corresponde a la protección del afloramiento; la segunda, a una cámara húmeda para regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cámara seca que sirve para proteger la válvula de control. El compartimiento de protección de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensión del área adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando así sellado para evitar la contaminación. Junto a la pared de la cámara existe una cantidad de material granular clasificado, que Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  18. 18. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO tiene por finalidad evitar el socavamiento del área adyacente a la cámara y de aquietamiento de algún material en suspensión. La cámara húmeda tiene una canastilla de salida para conducir el agua requerida y un cono de rebose para eliminar el exceso de producción de la fuente. Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captación podrá reducirse a una cámara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constará de dos partes: La primera, la cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; la segunda, una cámara seca que sirve para proteger las válvulas de control de salida y desagüe. La cámara húmeda estará provista de una canastilla de salida y tuberías de rebose y limpia. Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podrá construir varias cámaras de las que partan tubos o galerías hacia una cámara de recolección de donde se inicie la línea de conducción. Adyacente a la cámara colectora se considera la construcción de la cámara seca cuya función es la de proteger la válvula de salida de agua. 4.1 DISEÑO HIDRÁULICO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA CÁMARA DE CAPTACIÓN Para el dimensionamiento de la captación es necesario conocer el caudal máximo de la fuente, de modo que el diámetro de los orificios de entrada a la cámara húmeda sea suficiente para captar este caudal o gasto. Conocido el gasto, se puede diseñar el área de orificio sobre la base de una velocidad de entrada no muy alta y al coeficiente de contracción de los orificios. Por lo cual se utiliza la siguiente relación Dónde:  Qmax = Gasto Máximo de la fuente en l/s.  V = Velocidad de paso (se asume 0,50 m/s, siendo menor que el valor máximo recomendado de 0,60 m/s).  A = Área de la tubería en m2  Cd = Coeficiente de descarga (0,6 a 0,8). Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  19. 19. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO Gasto máximo de la fuente de Huancarama Alta El sistema dispone de un ojo de ladera en el sector de Huancarama alta con un caudal de 13 l/s, está ubicada a una elevación de 3189 msnm a) Número de orificios Se recomienda usar diámetros (D) menores o iguales de 2”. Si se obtuvieran diámetros mayores, será necesario aumentar el número de orificios (NA), siendo: Dónde:  D1 = Área del diámetro calculado  D2 = Área del diámetro asumido b) Ancho de la pantalla Conocido el número de orificios y el diámetro de la tubería de entrada, se calcula el ancho de la pantalla (B) mediante la siguiente ecuación: Se asume que por efectos de costos y para una buena distribución del agua los 29 orificios se ubicaron en dos filas como se muestra en la figura 5. LÍNEAS DE CONDUCCIÓN Docente: Ing. Marco Morales Holguín = + 1 )
  20. 20. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO Llamado también en algunos textos como líneas de aducción, estas líneas están básicamente constituidas por la tubería que conduce agua desde la obra de captación hasta el reservorio, planta de tratamiento u otra estructura, también componen a esta los accesorios, dispositivos y válvulas integradas a ella. En cuanto a su capacidad generalmente deben conducir un flujo igual al consumo máximo diario, cuando se cuenta con reservorio y/o planta de tratamiento, si no fuera así la capacidad deberá ser igual al caudal máximo horario. El trazado de esta línea se debe realizar tomando en cuenta las siguientes consideraciones:  Que en lo posible la conducción sea cerrada y a presión.  Que el trazado de la línea sea lo más directo posible de la fuente a la red de distribución.  Que la línea de conducción evite tramos extremadamente difíciles o inaccesibles  Que la línea de conducción esté siempre por debajo de la línea piezométrica más desfavorable, a fin de evitar zonas de depresión que representan un peligro de aplastamiento de la tubería y posibilidad de cavitación.  Evitar presiones excesivas que afecten la seguridad de la conducción.  Que la línea evite zonas de deslizamiento e inundaciones.  Evitar tramos de pendiente y contrapendiente, los que pueden causar bloqueos de aire en la línea. 5.1 CRITERIOS PARA EL DISEÑO Una línea de conducción debe aprovechar al máximo la energía disponible para conducir el caudal captado, por ello se debe seleccionar el diámetro de tubería adecuada que permita por capacidad las menores perdidas de carga posibles. En el diseño se debe tener en cuenta los siguientes criterios:  La diferencia de cotas entre los extremos (altura estática)  Capacidad de transporte de caudal (Qmd)  La clase de tuberías disponibles y comerciales Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  21. 21. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  El material de las tuberías según el trazo.  Diámetros disponibles y comerciales  Estructuras complementarias (válvulas, accesorios, cajas rompe presión, otros) a) LÍNEA DE GRADIENTE HIDRÁULICA Esta línea nos indica la presión de agua a lo largo de la tubería cuando está operando, es decir cuando el agua está circulando por la tubería. Cuando trazamos la línea de gradiente hidráulica para un caudal que se descarga libremente a la atmósfera, se busca que la presión residual sea positiva. La existencia de presión residual positiva garantiza que existe un exceso de energía gravitacional lo que nos indica que existe energía suficiente para mover el flujo, la existencia de presión residual negativa implica que se debe recalcular la línea en diseño. b) Pérdida de carga (energía) Las pérdidas de carga pueden ser lineales o de fricción o singulares o locales, las primeras son ocasionadas por las fuerzas de rozamiento en la superficie de contacto entre el fluido y la tubería; y las siguientes son producidas por las deformaciones de flujo, cambio en sus movimientos y velocidad, como son cambios de sección, existencia de válvulas, grifos, codos y demás accesorios. c) Alcances del RNE En la Norma O.S 0.10 tenemos ciertas consideraciones con respecto al diseño de líneas de conducción.  Velocidades y Cálculo: Considera conducciones por gravedad en canales y tuberías, para diseñar la línea de conducción por canales recomienda utilizar la fórmula de Manning con una velocidad mínima de 0.60 m/s. En caso de tuberías recomienda utilizar la fórmula de Hazen y Williams con los coeficientes de fricción siguientes: Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  22. 22. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  Accesorios: Válvulas de aire En líneas de gravedad y/o bombeo se deberán colocar válvulas extractoras de aire en los puntos de cambio de dirección, cuando la pendiente cambie de positiva a negativa, es decir en los puntos altos de la línea; si la línea tuviese una pendiente uniforme se colocara una válvula cada 2 km como máximo. Válvulas de purga Estas válvulas van colocadas en los puntos bajos de la línea, teniendo en cuenta la calidad de agua a conducir y se dimensionaran de acuerdo a la velocidad del flujo, el reglamento recomienda que el diámetro de la válvula sea menor que el de la tubería. Su instalación debe ser en cámaras adecuadas y seguras con acceso a una fácil operación y mantenimiento. 6. DISEÑO DEL RESERVORIO Los volúmenes de almacenamiento juegan un papel básico para el diseño del sistema de distribución de agua, tanto desde el punto de vista económico, así Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  23. 23. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO como por su importancia en el funcionamiento hidráulico del sistema y en el mantenimiento de un servicio eficiente. Un reservorio o llamado también estanque de almacenamiento cumple tres propósitos fundamentales:  Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día.  Mantener las presiones adecuadas en la red de distribución.  Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia tales como incendios e interrupciones por daños de tuberías de aducción o de estaciones de bombeo. Dependiendo de la topografía se hace indispensable separar la zona (alta, media, baja) para mantener las presiones en cada red, dentro de límites admisibles. Esta separación de redes puede hacerse mediante estanques o mediante válvulas reguladoras de presión. En el RNE viene considerado estos aspectos en la norma O.S 0.30 Almacenamiento de Agua para Consumo Humano donde señala los requisitos mínimos que debe cumplir el sistema de almacenamiento y conservación de la calidad del agua para consumo humano. 6.1 CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO La capacidad del estanque, o del conjunto de tanques para el caso de grandes sistemas, será igual al volumen que resulte de las siguientes consideraciones:  Volumen de regulación.  Volumen de lucha contra incendios  Volumen de reserva a) Volumen total Se determina mediante la siguiente ecuación Docente: Ing. Marco Morales HolguínVt S + VI
  24. 24. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO Volumen de regulación (VR) El sistema de almacenamiento previsto como regulación está destinado a proveer:  Suministro de agua en las horas de demanda máxima.  Presiones adecuadas en la red de distribución Según el RNE será calculado con el diagrama de masa correspondiente a las variaciones horarias de la demanda, y cuando no haya disponibilidad de información el volumen de regulación se debe considerar como mínimo el 25% del promedio anual de la demanda siempre que el suministro sea calculado para las 24 horas de funcionamiento y en otros casos se determinara de acuerdo al horario de suministro, en caso de bombeo al número y duración de los periodos de bombeo así como los horarios en los que se hallan previstos dichos bombeos. Generalmente el diseño ya sea en forma analítica o en forma gráfica se hace por periodos de 24 horas (1 día), el consumo de agua de las poblaciones se puede expresar como porcentajes horarios del caudal máximo diario (Qmd). 6.2 UBICACIÓN DEL RESERVORIO La ubicación del reservorio está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio, con lo que se logra una distribución con menores pérdidas de carga. Estas presiones en la red están condicionadas por la Norma OS 0.50 del RNE. 7. RED DE DISTRIBUCIÓN Con el nombre de sistema de distribución se designa a los reservorios, equipos de bombeo, red de tuberías en la ciudad pertinente, válvulas, grifos contra Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  25. 25. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO incendio y demás implementos destinados a la entrega del agua a los consumidores. 7.1 SISTEMA DE LAS REDES El conjunto de tuberías que distribuyen el agua en una población, y que se colocan en las calles de ella, pueden estar dispuestas en diversas formas en relación con sus empalmes o sea con los puntos por donde reciben el agua; pero en general se pueden agrupar en dos, que se denominan:  Sistema cerrado  Sistema ramificado En el primero, las tuberías afectan la forma de una malla o parrilla, en la cual circula el agua por circuitos en forma de anillos; y en el segundo, la red está formada por una serie de derivaciones que se inician una de otras como las ramas de un árbol. En la práctica, y sobre todo en las poblaciones grandes, los dos sistemas se usan conjuntamente, de acuerdo con el trazado urbano de la población, la importancia de sus zonas, sus futura expansión, etc. Para los efectos de la buena distribución la red se proyecta en forma de circuitos que se titulan de primero, segundo, etc. Orden; y también circuitos primarios y secundarios o ramales. Los cálculos de presiones y gastos se hacen generalmente sobre los circuitos primarios; acudiendo a datos experimentales o reglamentaciones para el proyecto de los secundarios. Así es frecuente adoptar como diámetro mínimo para las tuberías el de 4”, que puede reducirse a 3” en las poblaciones pequeñas. El sistema primario se hace, pues como ya hemos dicho, mediante el cálculo hidráulico, determinando las horas de máximo consumo, los gastos, y las presiones máximas y mínimas, y basándose en estos datos se determina el diámetro de las tuberías. En cuanto a las tuberías de orden inferior, o redes de relleno, se proyectan, según especificaciones ya establecidas. Entre estas señalaremos las siguientes: Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  26. 26. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  El diámetro mínimo que en las poblaciones importantes esta especificado para zonas comerciales es el de 6”, e igual diámetro para zonas industriales o zonas con densidad de población sobre 600 habitantes por hectárea. Para zonas residenciales el diámetro mínimo es de 4”. En zonas Sub-Urbanas, donde la densidad de población sea menor de 100 habitantes por hectárea, se pueden usar tuberías de 3”.  No se deberán instalar tuberías de 3” en tramos de longitud mayor de 100m sin alimentación intermedia, pues estas tuberías representan apreciable pérdida de carga. De la misma manera se deberá estudiar la longitud máxima de tuberías de 4” y 6”, posibles de instalarse sin alimentación intermedia o sea sin conexión a tuberías de mayor diámetro.  Se recomienda que la longitud máxima y el área que alimentan las tuberías matrices no deberá estar separada mas de 1Km entre ellas, encerrando por consiguiente cada matriz un área aproximada de 1Km2, de superficie, el que deberá ser cubierto por las tuberías de relleno. Recomendación usual es instalar las tuberías de 10” y 12” a lo largo de las avenidas o calles importantes de la población, y dentro de los circuitos formados por estas, las tuberías de 8”, dentro de ellas las de 6” y así sucesivamente. Las zonas aisladas o de crecimiento futuro podrán quedar conectadas a la red del núcleo por una matriz, de la que saldrán en forma radial, aproximadamente, los ramales de relleno. Entre nosotros se ha establecido una reglamentación para que las compañías urbanizadoras proyecten los diámetros de sus tuberías de relleno considerando la dotación de la población a razón de 250 litros por persona y por día. 7.2 PRESIONES MÁXIMAS Y MÍNIMAS Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  27. 27. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO La especificación de las presiones máximas y mínimas en el diseño de una red de distribución, es uno de los primeros elementos que deberá considerarse. Dos factores intervienen en la elección de la presión máxima: los incendios y el costo de construcción y mantenimiento de la red. Para presiones de 70 a 100 Lb/Pulg2 no es necesario el empleo de motobombas en los casos de incendio, ya que esas presiones significan alturas teóricas de 49 a 70m, es decir si tener en cuenta las pérdidas de carga, y con las cuales se puede obtener hasta 150 Lt/s en los pitones de la mangueras. Pero estas presiones exigen el empleo de tuberías capaces de soportarlas, uniones especiales y bien ejecutadas, y demás requerimientos consiguientes, por lo que no se proyectan sino para barrios muy importantes de las grandes ciudades. De allí, que por lo general, se empleen presiones de 40 a 50 Lb/pulg2, en las zonas comerciales e industriales. En los casos en que la topografía, por ejemplo imponga presiones altas ala tuberías, y que económicamente no se justifiquen el aceptarlas, se podrá acudir a reservorios para romper las presiones, o a válvulas reductoras que ya hemos mencionado. Para pequeñas poblaciones la presión aceptada baja de 20 a 25 libras; siendo 20 libras la mínima aceptable. A parir de 25Lb, se hace necesario el empleo de motobombas en los casos de incendio. Es posible calcular la presión mínima necesaria, teniendo en cuenta solo el consumo doméstico, en una vivienda. CONCLUSIONES Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  28. 28. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  Con el diseño del sistema de abastecimiento de agua potable de la localidad de Huancarama se resuelve satisfactoriamente el desabastecimiento existente en la zona programa utilizado como herramienta de apoyo Excel y civil 3D.  Podemos garantizar que la red podrá dar cumplimiento a la demanda proyectada, para un periodo de diseño de 20 años.  La topografía existente en la localidad de Huancarama, se ajusta lo suficiente para la implementación de un sistema de abastecimiento de aguas crudas que trabaje por gravedad. RECOMENDACIONES Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  29. 29. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  La obra de captación existente debe ser diseñada, por lo que se debe realizar limpieza general al predio donde se encuentran las cajas, incluyendo el interior de las captaciones y tuberías que conectan entre ellas, resanes a las estructuras de las captaciones, cerco perimetral, entre otras evitar el ingreso de agentes contaminantes al agua; además de reforestar los terrenos aguas arriba y protegerlos evitando el uso de cualquier tipo de pesticidas o herbicidas.  El reservorio de almacenamiento debe tener una relación entre la altura y el radio.  La red de distribución se debe calcular considerando la velocidad y presión de agua  Se recomienda velocidades entre 0.6 -6 m/s que no permitan la sedimentación.  La presión mínima depende de la necesidad doméstica.  La presión máxima influye en el mantenimiento de la red.  La altura de presiones de llegada en la línea de conducción debe ser mayor que 15m. BIBLIOGRAFIA Docente: Ing. Marco Morales Holguín
  30. 30. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA – CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ABASTECIMIENTODEAGUAYALCANTARILLADO  REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES (RNE) capítulo II, numeral II.3 OBRAS DE SANEAMIENTO  Ven Te Chow, “Hidrología Aplicada”  Apuntes de Clases: “Abastecimiento de Agua y Alcantarillado”, Facultad de Ingeniería Civil –UTEA -2013-I. Docente: Ing. Marco Morales Holguín

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