anejo nº 6: abastecimiento...considerado una curva de consumo tipo a lo largo de todo el día,...

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NOVIEMBRE 2013

ANEJO Nº 6: ABASTECIMIENTO

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NOVIEMBRE 2013

ANEJO 6. ABASTECIMIENTO

PLAN ESPECIAL PARA LA ORDENACIÓN DE LOS ACCESOS DESDE LA CN-634 A LA ZONA INDUSTRIAL DE EL

BERRÓN OESTE, Y PARA LA DOTACIÓN DE LAS INFRAESTRUCTURAS DE AGUA Y SANEAMIENTO DE AMBAS ZONAS.

CONCEJO DE SIERO (ASTURIAS) Pág. 1

INDICE

1.- INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 2

2.- DEPÓSITO DE AGUA Y CONEXIÓN A LA RED ......................................................... 2

3.- CARACTERÍSTICAS DE LA RED ................................................................................ 7

3.1.- ELEMENTOS DE LA RED ..................................................................................... 7

3.2.- VÁLVULAS ............................................................................................................ 7

3.3.- ARQUETAS ........................................................................................................... 8

3.4.- PROFUNDIDAD Y ANCHO DE ZANJAS .............................................................. 8

3.5.- TIMBRAJE DE TUBERÍAS .................................................................................... 8

4.- CAUDALES ................................................................................................................... 9

4.1.- DOTACIONES ....................................................................................................... 9

4.2.- CÁLCULO DE CAUDALES ................................................................................. 10

4.3.- CAUDALES EN SITUACIÓN DE INCENDIO ...................................................... 10

4.4.- CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO ............................................................ 10

5.- CÁLCULOS HIDRÁULICOS ....................................................................................... 11

5.1.- FORMULACIÓN .................................................................................................. 11

5.2.- MODELIZACIÓN DE LA RED ............................................................................. 12

5.3.- HIPÓTESIS DE CÁLCULO .................................................................................. 12

5.4.- COMBINACIONES DE FUNCIONAMIENTO ...................................................... 13

5.5.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA Y RESULTADOS .............................................. 14

5.6.- CONCLUSIONES ................................................................................................ 17

APENDICE 1: CONSUMO DE AGUA ................................................................................... 19

APENDICE 2: PLANO DE SUPERFICIES ............................................................................ 21

APENDICE 3: CALCULOS .................................................................................................... 22

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1.- INTRODUCCIÓN

Es objeto del presente anejo es justificar las dimensiones de la red de distribución de

agua para la zona industrial de El Berrón Oeste.

A efectos del presente proyecto, la red de abastecimiento se diseña con la capacidad

suficiente para dar servicio a la zona industrial y la parroquia de Argüelles, en situación

futura.

2.- DEPÓSITO DE AGUA Y CONEXIÓN A LA RED

El desarrollo de la zona objeto de este plan supondrá un importante incremento en la

demanda de agua del depósito de El Berrón, que en la actualidad tiene una capacidad de

400 m3.

Dado que la capacidad del depósito es claramente insuficiente, para garantizar el

abastecimiento en el año horizonte será necesario realizar las siguientes acciones:

1. Conectar el depósito de El Berrón con el depósito existente de Pola de Siero, así

como con el futuro depósito de la misma localidad, cuya construcción se deberá

acometer para el funcionamiento del abastecimiento de la zona.

2. Comprobar que el sistema hidráulico resultante del apartado anterior es válido y

cumple las condiciones de consumo necesarias para abastecer la zona.

3. Realizar la ampliación del depósito existente de El Berrón cuya capacidad actual es

de 400 m3 para llegar a un volumen de 2.800 m3, necesario para abastecer la zona

de proyecto.

Respecto al primer punto, se introduce un modelo hidráulico en el programa

informático EPANET. Dicho modelo consta de tres depósitos, el futuro depósito de Pola de

Siero, con 10.000 m3 de capacidad y situado a la cota 285 m; el depósito existente del

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mismo núcleo, con 2.000 m3 de capacidad y ubicado a la cota 265 m; y por último el

depósito existente de El Berrón con 400 m3 de capacidad y emplazado a la cota 241 m.

Estos depósitos están unidos mediante las correspondientes tuberías en el esquema que se

representa a continuación:

DEPÓSITO EXISTENTE EL BERRÓNCAPACIDAD: 400 M3COTA. 241 M

DEPÓSITO EXISTENTE POLA DE SIEROCAPACIDAD: 2.000 M3COTA: 265 M

FUTURO DEPÓSITO POLA DE SIEROCAPACIDAD: 10.000 M3COTA: 285 M

3

2

1

MATERIAL: F.D. Ø 300 MMLONGITUD: 200 MCAUDAL: 83.81 L/S

MATERIAL: F.D. Ø 300 MMLONGITUD: 3.750 MCAUDAL: 83.81 L/S

MATERIAL: F.D. Ø 300 MMLONGITUD: 200 MCAUDAL: 189.00 L/S MATERIAL: F.D. Ø 400 MM

LONGITUD: 400 MCAUDAL: 272.81 L/S

MATERIAL: F.D. Ø 400 MMLONGITUD: 200 MCAUDAL: 272.81 L/S

ARQ. CADASA 85%CAPTACIONES 15%

En cuanto al segundo punto y una vez realizada la comprobación hidráulica del sistema,

observamos que el sistema de tuberías es suficiente para satisfacer la demanda de la zona

de Proyecto y será posible mantener la conducción existente de 300 mm de diámetro que

conecta los depósitos de Pola de Siero y El Berrón.

Dicha tubería es capaz de transportar un caudal instantáneo de 83,81 l/s, superior a la

demanda requerida que en la zona abastecida por el depósito de El Berrón es de 72,43 l/s

según se indica en la tabla de “consumos de agua” que se adjunta al final de este anejo. A

continuación se representan los resultados de la comprobación del sistema hidráulico:

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ID Nudo

Cota m

Demanda l/s

Altura m

Presión m

Nudo 4 280 0,00 283,11 3,11

Nudo 5 260 0,00 275,32 15,32

Nudo 6 235 0,00 244,64 9,64

Depósito 1 285 -272,81 287,00 2,00

Depósito 2 265 189,00 267,00 2,00

Depósito 3 241 83,81 243,00 2,00

ID Línea

Longitud m

Diámetromm

Rugosidad Caudal l/s

Velocidad m/s

Pérdida m/km

Factor Fricción

Tubería 1 200 400 0,013 272,81 2,17 19,46 0,032

Tubería 2 400 400 0,013 272,81 2,17 19,46 0,032

Tubería 3 200 300 0,013 189,00 2,67 41,62 0,034

Tubería 4 3750 300 0,013 83,81 1,19 8,18 0,034

Tubería 5 200 300 0,013 83,81 1,19 8,18 0,034

En relación al tercer punto y para calcular el volumen de la ampliación del depósito de

El Berrón, éste debe ser capaz de hacer frente al volumen de regulación, proporcionar

suplemento en caso de incendio y atender las necesidades en caso de averías.

Ateniéndose a la función reguladora de suministro, y de acuerdo con los consumos de

agua que se adjuntan al final del presente anejo, pueden establecerse los caudales a

aportar al depósito.

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Para el estudio de la capacidad de regulación del depósito se considera la distribución

del consumo diario de la zona abastecida a lo largo de las veinticuatro horas del día. Se ha

considerado una curva de consumo tipo a lo largo de todo el día, obtenida de la publicación

“Abastecimiento y Distribución de Agua” del autor Aurelio Hernández Muñoz.

Para estar del lado de la seguridad a la hora de dimensionar el depósito se ha estimado

un caudal de aportación de 72,43 l/s, igual al caudal de consumo. De forma gráfica pueden

determinarse, partiendo de los caudales afluentes y efluentes, las diferencias en cada

intervalo. La máxima diferencia será la capacidad teórica necesaria a disponer, que en

nuestro caso es de 2.607 m3.

HORA APORTACIÓN CONSUMO DIFERENCIA ACUMULADA 1 260,748 32,594 228,155 228,155 2 260,748 32,594 228,155 456,309 3 260,748 32,594 228,155 684,464 4 260,748 32,594 228,155 912,618 5 260,748 32,594 228,155 1140,773 6 260,748 32,594 228,155 1368,927 7 260,748 260,748 0,000 1368,927 8 260,748 912,618 -651,870 717,057 9 260,748 912,618 -651,870 65,187 10 260,748 912,618 -651,870 -586,683 11 260,748 912,618 -651,870 -1238,553 12 260,748 104,299 156,449 -1082,104 13 260,748 104,299 156,449 -925,655 14 260,748 104,299 156,449 -769,207 15 260,748 104,299 156,449 -612,758 16 260,748 104,299 156,449 -456,309 17 260,748 521,496 -260,748 -717,057 18 260,748 521,496 -260,748 -977,805 19 260,748 130,374 130,374 -847,431 20 260,748 130,374 130,374 -717,057 21 260,748 130,374 130,374 -586,683 22 260,748 130,374 130,374 -456,309 23 260,748 32,594 228,155 -228,155 24 260,748 32,594 228,155 0,000

VOLUMEN= 2607m3

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0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

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

APORTACIÓN CONSUMO

-1500

-1000

-500

0

500

1000

1500

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

ACUMULADA

Las misiones segunda y tercera del depósito serían garantizar la reserva para los casos

de averías e incendios. Para estos fines debe preverse una capacidad suficiente para los

caudales de reserva.

En definitiva, se considera un volumen adicional de aproximadamente 200 m3, que se

estima suficiente para el caso que nos ocupa. Por lo tanto la capacidad total del depósito de

El Berrón asciende a un total de 2.800 m3.

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3.- CARACTERÍSTICAS DE LA RED Se proyecta una red de tipo “mallado”, lo que asegura un comportamiento compensado

de la red, en presión y caudal, frente a las puntas de consumo.

Dicha red podrá sectorizarse por tramos, al objeto de resolver el problema de las

reparaciones sin desabastecer el resto del ámbito.

3.1.- ELEMENTOS DE LA RED

− Conducciones de fundición dúctil de diámetros 400 a 100 mm.

− Válvulas compuertas para la sectorización por tramos de la red.

− Ventosas en los puntos altos de la red, para asegurar la purga y evacuación del aire.

− Desagües en los puntos bajos, para asegurar el vaciado de las conducciones en caso de

averías, en conexión con los pozos de la red de pluviales.

− Cada parcela dispondrá de una acometida una válvula compuerta del mismo diámetro y

armario contador.

− Hidrantes enterrados de Ø100 mm ,con doble salida de columna seca (con dos salidas de

70 mm), con una separación de 200 metros en línea y en conexión directa con la red de

distribución.

− Bocas de riego de 40 mm para el baldeo de calles, en conexión con la red de

distribución, con una separación media de 50 metros al tresbolillo. Para esta red, no se

estima necesario duplicar la distribución con una nueva red de riego de calles.

3.2.- VÁLVULAS

− Las válvulas de sectorización serán de tipo compuerta PN 16, con cuerpo de fundición

dúctil, asiento elástico, eje de acero inoxidable pulido y de unión embridada.

− Válvula compuerta PN 16 para regulación de desagüe.

− Válvula compuerta PN 16 previa a toda acometida de parcela.

− Dos válvulas compuerta, del diámetro de la tubería correspondiente, por hidrante o ventosa.

− Todas las válvulas dispondrán de un manguito-carrete de desmontaje.

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3.3.- ARQUETAS Las válvulas compuerta se ubicarán en el interior de arquetas de fábrica de ladrillo de

60 x 60 cm de dimensión interior. Lo mismo para las ventosas e hidrantes.

En desagües, el conjunto de derivación en T desde la conducción y válvula

compuerta se dispondrá en el interior de arquetas de hormigón de 1,2 x 1,2 m de

dimensiones interiores.

3.4.- PROFUNDIDAD Y ANCHO DE ZANJAS Se consideran profundidades y anchos de zanja en la instalación de tuberías, según

diámetro:

Se dispondrá un recubrimiento mínimo de 0,70 m sobre la generatriz superior de la

tubería.

3.5.- TIMBRAJE DE TUBERÍAS Toda la red se proyecta en fundición dúctil k = 9, con uniones del mismo material. Las

tuberías utilizadas son PN20.

DN tubería (mm) A (ancho) H (profundidad)

125 - 150 0,70 1,1

200 - 300 0,80 1,3

400 0,80 1,40

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4.- CAUDALES

4.1.- DOTACIONES

Se parte de una dotación de 1 l/s/Ha bruta para zonas industriales para el cálculo de

los caudales de la red de abastecimiento. Ello implica que la demanda será diferente para

cada nudo que tenga abastecimiento para uso industrial.

Para el cálculo de los caudales relativos a la protección contra incendios será de

aplicación la NBE-CPI-96, considerándose dos hidrantes actuando simultáneamente durante

un tiempo de dos horas y separados una distancia aproximada de 200m, de manera que

puedan abarcar círculos de 100m de radio que cubran todas las zonas de la urbanización.

La dotación por hidrante es de 1000 l/min (16,66 l/s).

La dotación adoptada para el riego de viales corresponde a 1,5 l/m2/día.

Para la dotación de viviendas y ganadería se adoptan valores de 350 l/hab.dia y 90

l/cabeza.dia respectivamente

Un resumen de las dotaciones aplicadas se recogen en la tabla siguiente:

Polígonos industriales 1 l/s.ha bruta

Hidrante 1000 l/min = 16,67 l/s

Viviendas 350 l/hab.dia

Ganadería 90 l/cabeza.dia

Limpieza de calles 1,5 l/m2.día

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4.2.- CÁLCULO DE CAUDALES Se definen los siguientes usos de suelo:

- Área industrial

- Viario

- Residencial

- Ganadería

Cada zona posee un consumo de agua (usos domésticos, riego, limpieza, etc).

El caudal de diseño de la red de distribución corresponde al consumo máximo

horario, correspondiente al producto del coeficiente punta horario por el caudal medio

horario del día medio. Para el cálculo de los caudales máximos se adopta un coeficiente de

punta horario de 3.

4.3.- CAUDALES EN SITUACIÓN DE INCENDIO En la situación de incendio se considera el funcionamiento simultáneo de dos

hidrantes, suponiendo el consumo del resto de instalaciones reducidas al consumo medio

salvo la industrial que reduce el consumo respecto a la punta en un 50 %.

Para los hidrantes se considera un consumo de 16,67 l/s (1000 l/min).

4.4.- CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

4.4.1.- Velocidad en las conducciones Una de las principales limitaciones a la hora de dimensionar una red de conductos de

agua es la velocidad del fluido en los mismos.

Se utilizan como límites los siguientes valores:

- Velocidad máxima: 2,3 m/s (2,5 m/s en caso de incendio), para evitar fenómenos de erosión excesiva de las mismas, fenómenos de arrastre y ruidos.

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- Velocidad mínima: 0,3 m/s, pudiendo llegar a valores menores incluso nulos, puesto que en aquellos puntos de consumo en los que llega suministro desde ambas partes del anillo las velocidades serán mínimas.

4.4.2.- Condiciones de presión Al diseñar una red hidráulica, es necesario asegurar en los consumos una presión

disponible mínima a la cual se distribuye el agua. El exceso de presión podría provocar

roturas, por lo que es necesaria la limitación por encima de un cierto valor.

Los valores límites de presión corresponden a:

- Presión máxima en cálculo estático ≤ 50 mca.

- Presión mínima en la red ≥ 10 mca, para evitar fenómenos de cavitación y asegurar el correcto funcionamiento de la instalación.

- Funcionamiento simultáneo de dos hidrantes para el caudal citado anteriormente con una presión mínima de 10 mca.

Valores normales de presión en los puntos de consumo corresponden a 20-40 mca.

5.- CÁLCULOS HIDRÁULICOS

5.1.- FORMULACIÓN En la realización de los cálculos hidráulicos de flujos a presión en conducciones

cerradas se emplea la formulación de Colebrook-White:

J = f V2gi

2

φ×

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

fRf e

51,27,3

1 rKlog2

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νφ×

=VRe

siendo:

J = pérdida de carga unitaria (m.c.a./m)

f = coeficiente de Colebrook

V = velocidad (m/seg.)

φ i = diámetro interior de la tubería (m)

Kr = rugosidad relativa

Re = número de Reynolds

ν = viscosidad cinemática del agua (1,308.10-6 m2 / s)

Esta fórmula se puede aplicar de forma automatizada mediante el empleo de

programas de diseño de redes de abastecimiento.

5.2.- MODELIZACIÓN DE LA RED

Se modeliza la red según una estructura de “barras” (tuberías) y una serie de “nudos”

diferenciados en:

- Nudos de consumo (NC)

- Nudos de transición (N)

- Nudo de suministro o depósito (SG)

5.3.- HIPÓTESIS DE CÁLCULO Las hipótesis de cálculo adoptadas son:

- Hipótesis VIVIENDA, GANADERÍA, VIARIO, INDUSTRIAL, asociada cada una de la hipótesis al consumo de agua, multiplicado el caudal medio

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demandado por el coeficiente punta, sin considerar el funcionamiento de los hidrantes.

- Hipótesis HIDRANTE, asociada al consumo de agua de hidrantes de incendio. Existe una hipótesis de hidrante, denominada HIDRANTE-“X” para cada dos de los hidrantes colocado, siendo un total de 12, permitiendo la comprobación de funcionamiento de 2 hidrantes a la vez.

5.4.- COMBINACIONES DE FUNCIONAMIENTO

Se realizan 13 combinaciones de cálculo con las hipótesis simples de cálculo

planteadas combinándose entre sí con distintos coeficientes de combinación.

Se establecen las siguientes combinaciones de cálculo:

- Combinación CONSUMO PUNTA: Con la dotación de caudal punta correspondiente a VIVIENDA, GANADERÍA, VIARIO e INDUSTRIAL

- Combinación INCENCIO: Asociada al caudal medio de VIVIENDA, GANADERÍA y VIARIO y al 50% del caudal punta de INDUSTRIAL, junto con el caudal de la hipótesis HIDRANTE correspondiente. Existen un total de 12 combinaciones, denominadas “INCENCIO-X”.

En las combinaciones de la 2 a la 13 se considera el consumo de hidrantes y se

analizan diferentes combinaciones de dos hidrantes en funcionamiento, tal como se

establece en la NBE-CPI-96, siempre considerando combinaciones dos a dos de los

hidrantes más cercanos.

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5.5.- REPRESENTACIÓN GRÁFICA Y RESULTADOS

Se incluye una representación gráfica de los datos de entrada del modelo. Cabe

destacar:

− Ubicación y nomenclatura de los nodos (SG, NC, N).

− Caudales asociados a los mismos, para la hipótesis de cálculo habitual, en los

nudos NC. Para la asignación de los consumos por parcela se consideran los

criterios de reparto entre las esquinas de parcela.

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Al final del Anejo se adjuntan los listados obtenidos con el programa Cype-

Abastecimiento:

− Listado de nudos, para cada una de las hipótesis y combinaciones consideradas,

con los siguientes resultados por nudo: caudal consumido, altura piezométrica y

presión disponible o manométrica. Al lado, una columna con comentarios a los

resultados obtenidos (p. ej. “presión mínima” o “presión máxima”).

− Listado de tramos, para cada una de las hipótesis y combinaciones consideradas,

con los siguientes resultados: caudal, pérdida de carga en m.c.a, velocidad,

además de una columna con comentarios (“velocidad superior o inferior a un

determinado valor”, “velocidad máxima”).

Los valores de velocidad “negativos” significan que, si se ha supuesto que el flujo

circula desde el nodo 1 al nodo 2, el resultado final resulta ser un flujo en sentido

opuesto.

El programa permite la obtención de los resultados de “envolventes”:

− Envolvente de valores máximos en nudos, en la situación de consumo máximo (Q),

con los valores asociados de presión (P) y altura piezométrica (H).

− Envolvente de valores máximos en tuberías en la situación de máximo caudal

circulante por la tubería, con los valores asociados de velocidad (V) y pérdida de

carga.

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5.6.- CONCLUSIONES

Como resultado de la modelización efectuada en la red de abastecimiento, cabe señalar:

- En la combinación de consumo punta, toda la red se comporta dentro de los

parámetros de diseño que se han adoptado.

- En las combinaciones de Incendio aparecen velocidades ligeramente superiores a 2

m/s en las conducciones que alimentan los hidrantes en funcionamiento. Dado que

son debidas a situaciones extremas de funcionamiento se mantienen los diámetros

considerados, dado que se trata de una situación transitoria.

La red propuesta permitiría, por tanto, el suministro de la totalidad de la urbanización

sin problemas significativos en su funcionamiento.

Cabe destacar que en los cálculos hidráulicos que se han realizado para el presente

Plan Especial se ha tenido en cuenta una única tubería central por los viales, pero cuando

se desarrollen los distintos proyectos de urbanización derivados de este Plan Especial lo

más lógico parece que se proyecten dos tuberías, una bajo cada acera en vez de una

central.

En relación a la implantación de la red de abastecimiento, cualquier tubería o

conducción se ubicará fuera de la zona de dominio público de la carretera. En el caso de ser

necesario cualquier cruce subterráneo mediante hinca, se deberán cumplir las mismas

condiciones establecidas y descritas para la red de saneamiento.

En resumen decir que para poder abastecer de agua potable la zona industrial de El

Berrón oeste hay que realizar una serie de actuaciones que se enumeran a continuación:

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− Aprovechar la conexión existente de fundición dúctil de 300 mm de diámetro situada

entre el depósito de El Berrón con el depósito existente de Pola de Siero.

− Cuando se construya el futuro depósito de Pola de Siero habrá que conectarlo con el

depósito existente de la misma localidad mediante tubería de fundición dúctil de 400 mm

de diámetro.

− Realizar la ampliación del depósito existente de El Berrón cuya capacidad actual es de

400 m³ para llegar a un volumen de 2.800 m³ necesario para abastecer la zona de

proyecto tal y como se justifica en el presente anejo.

− Por último proceder a la renovación de las tuberías de distribución de agua a partir del

depósito de El Berrón debido al aumento del consumo de agua y por tanto del caudal de

salida, siendo las tuberías existentes insuficientes y debiendo sustituirlas por mayores

diámetros que van desde 400 mm a la salida del depósito a 100 mm en las zonas de

menor consumo, tal y como se justifica en los cálculos que se encuentran a

continuación.

Finalmente y a petición de los Servicios Municipales de Urbanismo del Ayuntamiento de

Siero se incluye la valoración económica de la conexión de la red de abastecimiento de

aguas planteada con el nuevo depósito de Cotorbán.

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APENDICE 1: CONSUMO DE AGUA

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TIPO DE USO SUPERFICIE (m2) Población Actual (hab)

Población Futura Estimada (hab)

Qm (l/s) Qp (l/s)

1 Area Industrial 15.413,00 - - 1 l/sg.ha 1,54 4,622 Area Industrial 131.378,00 - - 1 l/sg.ha 13,14 39,413 Area Industrial 46.672,83 - - 1 l/sg.ha 4,67 14,004 Area Industrial 15.214,36 - - 1 l/sg.ha 1,52 4,565 Area Industrial 3.694,38 - - 1 l/sg.ha 0,37 1,116 Area Industrial 8.565,61 - - 1 l/sg.ha 0,86 2,577 Area Industrial 142.346,00 - - 1 l/sg.ha 14,23 42,708 Area Industrial 119.488,00 - - 1 l/sg.ha 11,95 35,859 Area Industrial 11.475,45 - - 1 l/sg.ha 1,15 3,4410 Area Industrial 132.063,00 - - 1 l/sg.ha 13,21 39,6211 Area Industrial 3.786,34 - - 1 l/sg.ha 0,38 1,1412 Area Industrial 11.530,00 - - 1 l/sg.ha 1,15 3,46

Viario 100.865,84 - - 1,5 l/m2.dia 1,75 5,25Residencial (Argüelles) - 429 666 350 l/hab.dia 2,70 8,09Residencial (El Berrón) - 55 925 350 l/hab.dia 3,75 11,24Ganadería - 200 200 90 l/cab.dia 0,21 0,63

TOTAL 72,57 217,70

DOTACIÓN

anejo nº 6: abastecimiento...considerado una curva de consumo tipo a lo largo de todo el día,...

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