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CAPITULO 4CAPITULO 4

DATOS BASICOS DE DATOS BASICOS DE PROYECTO

CATEDRATICO: CATEDRATICO: M CM C RICARDO A CAVAZOSRICARDO A CAVAZOSM.CM.C. . RICARDO A. CAVAZOSRICARDO A. [email protected]@uanl.edu.mx

4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS 4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS Y PERIODO DE DISEÑO

Los elementos del sistema deabastecimiento de agua potable seproyectan con la capacidad prevista paradar servicio durante un lapso futuro despuésdar servicio durante un lapso futuro despuésde su instalación que se denomina periodode diseño.

4.1 VIDA ÚTIL DE LAS OBRAS Y PERIODO DE DISEÑO

Período de diseño:“El número de años durante el cual el sistemaque se proponga será adecuado paraque se proponga será adecuado parasatisfacer las necesidades de una comunidad.”

El periodo de diseño en general es menor que lavida útil o sea el tiempo que razonablemente seespera que la obra sirva a los propósitos sin tenerespera que la obra sirva a los propósitos sin tenergastos de operación y mantenimiento elevadosque hagan antieconómico su uso o querequieran ser eliminadas por insuficientesrequieran ser eliminadas por insuficientes.

La vida útil de las obras depende de últi l f t t l l l á múltiples factores, entre los cuales los más

importantes son los siguientes:

a) Calidad de la construcción y de los materialestili d l j ió d l butilizados en la ejecución de la obra.

b) Calidad de los equipos electromecánicos y decontrolcontrol.

c) Calidad del agua a manejar.d) Di ñ d l i td) Diseño del sistema.e) Operación y mantenimiento.

Por otra parte para definir en forma adecuada el período de diseño es adecuada el período de diseño, es necesario considerar los siguientes factores:factores:

1. La vida útil de las estructuras y equipos tomando en cuenta el equipos, tomando en cuenta el estado en que se encuentran y lo obsoleto que lleguen a ser.

2. La facilidad o dificultad para ampliar las obras existentes o planeadas.p

3. Previsión de los crecimiento urbanos, comerciales o industrialesindustriales.

Por otra parte para definir en forma adecuada el período de diseño es adecuada el período de diseño, es necesario considerar los siguientes factores:factores:

4. Tasas de interés sobre los adeudos.5. Las condiciones propias del crédito en cuanto a la

duración del mismo.6 Comportamiento de 6. Comportamiento de

las obras durante los primero años, cuando no estarán operando no estarán operando a toda su capacidad.

Cuadro 4.1.1 Vida de diversos elementos de un sistemade Abastecimiento de Agua Potable

ELEMENTOS VIDA UTIL (AÑOS)

de Abastecimiento de Agua Potable

( )1. Pozos excavados 302. Pozo perforado sin pantalla (filtro) 203. Pozo perforado con pantalla (filtro) 104. Motor diesel rápido 105. Motor diesel lento 155. Motor diesel lento 156. Bomba tipo pozo profundo 157. Bomba centrifuga, horizontal 188. Bomba de pistón 209. Bomba sumergible 810. Edificio permanente 4010. Edificio permanente 4011. Tanque de almacenamiento de concreto o mampostería

40

Cuadro 4.1.1 Vida de diversos elementos de un sistemade Abastecimiento de Agua Potable

ELEMENTOS VIDA UTIL (AÑOS)

de Abastecimiento de Agua Potable

12. Tubería de concreto reforzada canales de concreto reforzado

40

13. Líneas y tuberías de acero recubiertas y tuberías de t f d

25concreto reforzadas14. Líneas y tuberías de acero sin recubrir 20 15. Tubería de asbesto-cemento. IPVC 2016. Tuberías de fierro fundido secundarias 1517. Equipo de filtración ablandamiento y desinfección sección

15

18. Válvulas de compuerta, globo, etc. 1519. Medidores de agua, instrumentos de medición y accesorios

8accesorios20. Motor eléctrico 2021. Arrancador eléctrico 1522 T d b t i i t d b 20

CUADRO 4 1 2 PERIODO DE DISEÑO CUADRO 4.1.2 PERIODO DE DISEÑO PARA DIFERENTES POBLACIONES

LOCALIDADES PERIODO DE DISEÑO1. Menor de 4,000 hab. 5 años2. De 4,000 a 15,000 hab. 10 años3. De 15,000 a 70,000 hab. 15 años4 M 70 000 h b 20 ñ

En caso de ser posible, el diseño de las obras es

4. Mayor a 70,000 hab. 20 años

conveniente hacerlo por módulos con el fin dediferir las inversiones el mayor tiempo posible, almismo tiempo que se logra disponer demismo tiempo que se logra disponer deinfraestructura con bajos niveles de capacidadociosa en el corto plazo.

4.2 POBLACIÓN DE 4.2 POBLACIÓN DE PROYECTO

En general, el diseño de un sistema deabastecimiento de agua potable, se basa eng puna estimación de la población futura a laservirá, denominada población de proyecto;

t ú d h bit t d leste número de habitantes corresponde alque se tendrá al último día del período dediseño que se fijódiseño que se fijó.

MODELO ARITMÉTICOEl modelo aritmético tiene como característica unincremento de población constante parai t d ti i l

MODELO ARITMÉTICO

incrementos de tiempo iguales.

Ka= P2 –P1

P = Población de proyecto

P1= Población penúltimo dato censal

P2 = Población inicialt2 – t1 T = Año de proyecto

t2 = Año población inicial

K Ct I t d bl ióPara un tiempo T cualquiera se tiene la ecuaciónlineal.

Ka = Cte. Incremento de población

P=P2+Ka(T-t2)

Donde el subíndice “2” se considera para los datosiniciales (P2, población inicial en el tiempo t2).

EJEMPLO 4.2.1EJEMPLO 4.2.1

Dados los siguientes datos censales, determinar la población al año 2000:

AÑO POBLACIÓN

población al año 2000:

1970 19,2901980 22,7621990 27,3141990 27,314

MODELO GEOMÉTRICOMODELO GEOMÉTRICO

El modelo geométrico de crecimiento depoblación se caracteriza por tener una

l id d d i i t di t tvelocidad de crecimiento directamenteproporcional al valor de la población en cadainstante de tiempo.

KG= Cte. de crecimiento poblacionalP1= Población penúltimo dato censal t1= Año penúltimo dato censal

KG= Ln P2 –LnP1/(t2-t1)… (4.7 )

p

t1= Año penúltimo dato censalP= Población de proyectoP2= Población último dato censalt Añ últi l

LnP= LnP2 + KG (T- t2)… (4.8)

t2= Año último censalT= Año de proyecto

MODELO GEOMÉTRICO(MÉTODO DE INTERÉS COMPUESTO)COMPUESTO)

La ec. 4.8 puede escribirse de la siguientemanera: Ln P= Ln P0 + KG t donde P0 es lamanera: Ln P Ln P0 + KG t, donde P0 es lapoblación cuando t=0. Tomando antilogaritmosse obtiene:P0=e^KG tSi e^KG se representa como (1+i) entoncesq eda como sig e:

P = Po( 1+i )^t ....(4.10)t

P0 = Población inicialP = Población de proyectoi = Tasa de incremento

queda como sigue:

i = P/P0 - 1i = Tasa de incrementot = Intervalo de tiempo para proyección

de población


A partir de los datos censales del ejemplo 4.2.1, calcular la población para 2010 con el modelo

AÑO POBLACIÓN

calcular la población para 2010 con el modelo geométrico.

1970 19,2901980 22,7621990 27,3141990 27,314

EJEMPLO 4.2.2Solución:Nuevamente se toman los dos últimos censos como datos a sustituir

EJEMPLO 4.2.2

en la ec. (4.7)

Kg (1980-1990) = Ln 27314 – Ln22762 = 0.01823 y de la ec. (4.8)g ( ) y ( )1990 - 1980


EJEMPLO 4.2.2

en la ec. (4.7)


Ln P1990 + Kg (2010 – 1990)

Ln P2010 = Ln 27314 + 0.01823 (2010 - 1990) = 10.57975Ln P2010 Ln 27314 0.01823 (2010 1990) 10.57975


EJEMPLO 4.2.2

en la ec. (4.7)


Ln P1990 + Kg (2010 – 1990)

Ln P2010 = Ln 27314 + 0.01823 (2010 - 1990) = 10.57975Ln P2010 Ln 27314 0.01823 (2010 1990) 10.57975

P2010 = e^10.57975 = 39,330 habitantesA b i l (4 8) l (4 10) d l d l Ambas expresiones, la (4.8) y la (4.10) corresponden al modelo geométrico de crecimiento, aunque comúnmente se ha aceptado el referirse a la expresión (4.10) como método de interés compuesto.


A partir de los siguientes datos censales, calcular la población para 2010 con el modelo geométrico

AÑO POBLACIÓN

población para 2010 con el modelo geométrico (método de interés compuesto).

1970 172,0001980 249,0001990 292,0001990 292,000

Recordando…

P = Po( 1+i )^t ....(4.10)t

P0 = Población inicialP = Población de proyectoi it

i = P/P0 - 1i = Tasa de incrementot = Intervalo de tiempo para proyección

de población

i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000

Esto es, 3.768% anual. Para el siguiente periodo…

i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000


i80-90 = 10 292000 - 1 = 0.0160249000

Esto es, 1.60 % anual

i70-80 = 10 249000 - 1 = 0.03768172000


i80-90 = 10 292000 - 1 = 0.0160249000

Esto es, 1.60 % anual

Una tasa promedio anual será

Ianual= (3.768 + 1.60)/2 = 2.684 %

Con estas tasas, se obtiene la población para 2010:

P 292000 (1 0 02684) (2010 1990)P2010= 292000 (1 + 0.02684)^(2010-1990)

P2010 = 495951 hab.

PROYECCIONES DE POBLACIÓN POR LOCALIDAD, CONAPO

4.3 USOS DEL AGUA

Generalmente,las aguas se

CORRIENTE SUPERFICIAL ACUIFERO

TRANSFERENCIADE OTRAS CUENCAS

las aguas seclasifican,según el uso,

TRATAMIENTO

DESCARGA DE AGUAsegún el uso,en aguas deuso doméstico,

USO DOMESTICO

USO PUBLICO

DESCARGA DE AGUA

comercial,industrial,

úbli

USO COMERCIAL

USO INDUSTRIAL

REUSO

público y parala agricultura.

PRIMARIOSECUNDARIATERCIARIODESALACION

TRATAMIENTO Y REUSO DE AGUA

DESCARGA DE LA

CIUDAD

4.3.1 CONSUMOS4.3.1 CONSUMOS

Los consumos de agua varían con los países eincluso con las regiones; así en las ciudades seconsume mayor cantidad que en las zonas rurales.E ífi t l f t d t i lEspecíficamente, los factores que determinan elconsumo son los que se describen a continuación.

Cantidad de agua disponible. Tamaño de la población. Características de la población. Clima. Nivel económico Nivel económico.


Los consumos de agua varían con los países eincluso con las regiones; así en las ciudades seconsume mayor cantidad que en las zonas rurales.E ífi t l f t d t i lEspecíficamente, los factores que determinan elconsumo son los que se describen a continuación.

Existencia de alcantarillado. Clase de abastecimiento. Calidad de agua. Presión en la red. Control de consumo Control de consumo.


CONSUMOS PROMEDIO SEGÚN SU USO (EN L)CONSUMOS PROMEDIO SEGÚN SU USO (EN L)Para bebida, cocina y limpieza De 20 a 30Descarga de muebles sanitarios De 30 a 45

Para baño de regadera De 20 a 30TOTAL De 70 a 105

***A lo anterior se le debe agregar el lavado de coches (20 a 200 L por vehículo), riego de patios y jardines en caso de que se tengan (1 a 7 L por m2) y el uso de aire acondicionado (100 a 500 L por habitante).

4.3.2 DOTACIÓN4.3.2 DOTACIÓN

Se entiende por “dotación” la cantidad de agua que se asigna a cada habitante y que comprende todos los consumos de los servicios que se hacen en todos los consumos de los servicios que se hacen en un día medio anual, incluyendo pérdidas (dotación en L/hab./día).

ÚNÚMERO DE HABITANTES

CLIMACálido Templado Frío

2,500 a 15,000 150 125 10015,000 a 30,000 200 150 10030,000 a 70,000 250 200 175

70,000 a 150,000 300 250 200Mayor de 150,000 350 300 250

4.3.3 VARIACIONES

COEFICIENTES DE VARIACIÓN

4.3.3 VARIACIONES


Se derivan de la fluctuación de la demanda Se derivan de la fluctuación de la demanda debido a los días laborables y otras actividades. Los requerimientos de agua para

i t d di t ib ió t t un sistema de distribución no son constantes durante el año, ni durante el día, sino que la demanda varía en forma diaria y horaria. y

4.3.3 VARIACIONES


4.3.3 VARIACIONES


El Instituto de Tecnología del Agua propone El Instituto de Tecnología del Agua propone los siguientes valores:

CONCEPTO VALORCoeficiente de Variación Diaria

(CVD)1.40

(CVD)Coeficiente de Variación Horaria

(CVH)1.55

(CVH)

4.3.3 VARIACIONES4.3.3 VARIACIONES

COEFICIENTES DE VARIACIÓNCOEFICIENTES DE VARIACIÓN

De acuerdo a los lineamientos Técnicos de la CNA, seC ,tienen los siguientes valores de los coeficientes devariación:

CONCEPTO VALORCONCEPTO VALORCoeficiente de Variación Diaria

(CVD)1.20-1.45

Los valores comúnmente usados para proyecto en la

Coeficiente de Variación Horaria (CVH)

1.50-2.00

Los valores comúnmente usados para proyecto en laRepública Mexicana son: CVD = 1.2 y CVH = 1.5

4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑO

VOLUMEN MEDIO ANUALVOLUMEN MEDIO ANUALVma = D*P*365/1000

Donde:Vma = Es el consumo medio anual en m3D = Es la dotación en L/hab/día yD Es la dotación en L/hab/día yP = Es el número de habitantes

4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MEDIO DIARIO ANUAL

4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MEDIO DIARIO ANUALQm= D*P/86,400 (L/s)Donde 86 400 son los segundos que tiene unDonde 86,400 son los segundos que tiene undía.

4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑOVOLUMEN MEDIO DIARIO ANUALVOLUMEN MEDIO DIARIO ANUAL

El consumo medio diario anual (Vmd) en m3,es por consiguiente:es por consiguiente:

Vmd = D* P/1000 (m3/día)

Donde:Vmd = Es el consumo medio diario anual en m3Vmd = Es el consumo medio diario anual en m3D = Es la dotación en L/hab/día yP = Es el número de habitantes

4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MÁXIMO DIARIO

4.4 GASTOS DE DISEÑOGASTO MÁXIMO DIARIOEntonces el gasto máximo diario quedaría:QMD = Qm*CVDQMD = Qm CVDDonde: CVD = Coeficiente de VariaciónDiaria.

GASTO MÁXIMO HORARIOEl gasto máximo horario sería:QMH = Qm*CVD*CVHQ QDonde: CVH = Coeficiente de VariaciónHoraria.

4.4 GASTOS DE DISEÑO4.4 GASTOS DE DISEÑO

Los gastos de diseño para los componentesde un sistema de abastecimiento de aguade un sistema de abastecimiento de aguapotable se indican en la figura 4.5

Figura 4.4.1 Componentes del sistema de

2'

4

523

abastecimiento y sus gastos de diseño

Ciudad

12'2

COMPONENTES GASTOS DE DISEÑO

1 Fuente y obra de QMD1. Fuente y obra de captación

QMD

2. Conducción QMD

2’ Conducción QMD QMH2 . Conducción(alimentación)

QMD-QMH

3. Potabilizadora Qm-QMD

4 Tanque de regulación QMD4. Tanque de regulación QMD

5. Red de distribución QMH

Ejemplo 4.4.1Determine el gasto medio, máximo diario y máximohorario que demandará una localidad con unapoblación actual de 15000 habitantes, que hapresentado una tasa de crecimiento de tipogeométrico de 4.5% anual. La localidad se ubicageométrico de 4.5% anual. La localidad se ubicaen una región de clima templado. El periodo dediseño es de 15 años.

Qm = ?QMD = ?QMH = ?

SOLUCIÓN:

Pob. actual = 15,000 hab. De la ecuación 4.10, se tiene:

P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.

SOLUCIÓN:


P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.

Y si consideramos…Dotación = 150 I/hab./día, que corresponde a un clima templado,a partir de las ecuaciones anteriores tenemos que:

Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s

SOLUCIÓN:


P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.


Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s

QMD = 1.2*50.40 = 60.48 L/s

SOLUCIÓN:


P = Pob. Actual*(1+i) = 15,000 (1+0.045)^15 = 29,029 hab.


Qm = 29029*150/86400 = 50.40 L/s

QMD = 1.2*50.40 = 60.48 L/s

Q 1 2*1 5*50 40 90 72 L/QMH= 1.2*1.5*50.40 = 90.72 L/s

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