Abastecimiento de agua potable

Abastecimiento de agua potable

CLCULO DEL CAUDAL DE DISEO Y CAPTACION

I. INTRODUCCIN

En el presente trabajo de abastecimiento de agua y alcantarillado se tendr una ciudad ficticia el cual necesite de este servicio bsico para lo cual se tendr que calcular los diversos parmetros bsicos de diseo que se necesitan para abastecer de este servicio as como: poblacin de diseo, tasa de crecimiento, periodo de diseo, rea futura, dotacin per cpita, etc.Una de las necesidades ms importantes del hombre es la de disponer adecuadamente de agua, no obstante que el agua es abundante en la naturaleza, ros, lagos, manantiales, aguas freticas, etc. No toda es apta para el consumo humano, razn por la cual en el diseo de sistemas de Abastecimiento de agua y Alcantarillado enfocaremos el estudio de agua desde el punto de vista del consumo humano, en otras palabras del agua potable.La confianza de la calidad del agua, es producto de los estudios hidrolgicos, de los diseos hidrulicos y estudios que sirvan de base y dan forma a las obras de ingeniera necesarias, as como la operacin de los sistemas terminados. Si la cantidad del agua no se controlase en este sentido, las obras de abastecimiento de agua y de evacuacin de las residuales fallaran en su propsito.1.1 OBJETIVOS

1.1. Objetivo general.

Calcular el caudal de diseo de una ciudad y determinar los parmetros bsicos de una captacin.

1.2. Objetivos especficos

Determinar la poblacin futura de la ciudad a abastecer de agua y alcantarillado, para el periodo de diseo, utilizando los diferentes mtodos analticos estudiados en clase. Determinar el rea de expansin futura de la ciudad. Determinar el Consumo Per-cpita de la poblacin. Determinar el Caudal Medio de la poblacin. Determinar el Caudal Mximo Diario y Horario. Disear cada una de las partes de la que consta una captacin, como parte de la red de abastecimiento de agua potable. Disear cada una de las partes de la que consta una planta de tratamiento.

1.2 ALCANCES

1.3 POBLACINDe los datos censales dados por el docente del curso, se estimar la poblacin presente ao 2015 (Poblacin Actual) y la poblacin futura (de acuerdo al periodo de diseo. El Cuadro N01, muestra los datos del censo y sus poblaciones.

CUADRO N01: POBLACION SEGN CENSOCenso Poblacin

19403678

19614853

19724689

19835036

19935678

20076548

1.4 EXTENSINSe proyecta un rea mnima de 25.00 Ha destinadas solamente para viviendas, la cual se incrementar con las reas complementarias u otros usos y lo correspondiente a la expansin urbana (rea futura), la cual estar en funcin de la tasa de crecimiento poblacional.1.5 SERVICIOS Y REAS COMPLEMENTARIAS.En el diseo de la ciudad ficticia, se ha completado con un rea adicional para usos complementarios (Educacin, recreacin, comercio, salud, instituciones pblicas, otros), que a continuacin se muestran: Municipalidad - Escuela. Estadio - Mercado Banco- Coliseo Estacin de Polica- Iglesia Colegio - Cementerio Plaza de Armas - Hospital

1.3 CARACTERISTICAS LOCALES:

CLIMA:El clima de dicha ciudad ficticia se puede clasificar durante el da, como seco, templado - soleado y fri durante las noches, con una precipitacin pluvial promedio anual que vara entre los 6 mm. y 126 mm.

RELIEVE Y SUPERFICIE: En dicha ciudad de Cajamarca y el rea de expansin urbana que se ha tomado, se ubica sobre una topografa ondulada, configurada por zonas de laderas fuerte y suave pendiente. La superficie actual del rea urbana a estudiar se encuentra en una suave pendiente.

TEMPERATURA La ciudad presenta durante los meses de lluvias comprendidos entre Diciembre y Marzo temperaturas que fluctan entre los 6 y 16 C. Durante los meses de Abril a Noviembre la temperatura vara entre los 8 y 25 C presentndose templado durante el da y fro durante a noche.

CONDICIN SOCIAL:La mayoradelos habitantes son indgenas, un cierto porcentaje lo conforman los mestizos, mezcla de blanco (principalmente espaol) e indgena. Conformada principalmente por una poblacin joven. Se puede apreciar la migracin del campo a la ciudad lo cual se refleja en un aumento de la poblacin urbana.

CONDICIN ECONMICA:La economa se encuentra en un crecimiento considerable, basada en actividades agrcolas, actividades agropecuarias, por ser una poblacin netamente urbana.

COSTUMBRES:Los habitantes poseen un adecuado nivel de educacin, lo cual implica que el sentido de responsabilidad en el uso de sus recursos es alto y por lo tanto las prdidas son mnimas.

1.4 JUSTIFICACIN

Como futuros ingenieros es necesario aprender a realizar estos clculos, ya que son bsicos para disear la lnea de conduccin, plantas de tratamiento, lnea de aduccin, etc. Adems, el agua es elemento vital para las personas, por tal motivo es importante aprender a abastecer de agua a las ciudades mediante trabajos de ingeniera, y as solucionar los problemas de agua de la mejor manera, mejorando la calidad de vida de las personas.

II. REVISIN DE LITERATURA

2.1. partes de que consta un sistema de agua

Las partes ms importantes de un sistema de abastecimiento de agua bsicamente consiste en:

Fuente de agua y captacin (Ros, lagos, subterrneas) Conduccin, (Canales, conductos a presin) Tratamiento, (Potabilizacin) Almacenamiento, (Reservorio - Regulacin del agua) Aduccin (Tuberas) Distribucin, (Red de distribucin, servicio)

|FUENTE: Ing Marcos Silva Ingeniera de Proyectos I

2.2. BASES PARA EL DISEO.

Las caractersticas ms importantes que conforman los criterios de diseo son los siguientes:

Periodo de diseo Poblacin de diseo Consumo de agua Variacin peridica de los consumos Caudal de diseo

a) PERIODO DE DISEO: Es el tiempo para cual el sistema es eficiente al 100%, ya sea por la capacidad en la conduccin, del gasto deseado, o tambin por las restricciones fsicas de las estructuras.

Para determinar hay que tener en cuenta dos aspectos importantes: Durabilidad (de las instalaciones componentes) y Su capacidad para prestar un buen servicio para las condiciones previstas. El periodo de diseo debemos tener en cuenta el RNE y el criterio de cada uno de nosotros. Segn la tasa de crecimiento del mtodo del inters compuesto, estos valores se dan en la tabla N 02.

TABLA N 02. PERIODO DE DISEO SEGN METODO I.C.Tasa de Crecimiento segn Mtodo de I. C. (%)PERIODO DE DISEO (en aos)

ValorProm.

2Oct-2015

FUENTE: Valores dados en la ctedra del Docente del cursob) ESTIMACIN DE LA POBLACIN: Para determinar la poblacin futura se utilizaron los mtodos analticos que se resumen a continuacin:

Mtodo aritmtico Mtodo geomtrico Mtodo de inters simple Mtodo de inters compuesto1. Mtodos analticos.

Mtodo aritmtico: Para este mtodo se supone la tasa de crecimiento poblacional constante.

Donde: Pi : Poblacin inicial en miles Pf : Poblacin final en miles Ti : Tiempo inicial en aos Tf : Tiempo final en aos KA : Tasa de crecimiento

Mtodo geomtrico: Este mtodo considera una tasa de crecimiento proporcional a la poblacin.

Donde: Pi : Poblacin inicial en miles Pf : Poblacin final en miles Ti : Tiempo inicial en aos Tf : Tiempo final en aos KG : Tasa de crecimiento poblacional.

Mtodo de inters simple: Supone el crecimiento poblacional igual al crecimiento de un capital de inters simple, tomando como razn el promedio obtenido de las variaciones expresadas en porcentaje.

Donde: Pi : Poblacin inicial en miles Pf : Poblacin final en miles Ti : Tiempo inicial en aos Tf : Tiempo final en aos KIS : Tasa de crecimiento poblacional.

Mtodo de inters compuesto: Considera que el crecimiento poblacional es igual al crecimiento de un capital al inters compuesto, cuyo aumento tiene la forma de una curva exponencial.

Donde: Pi : Poblacin inicial en miles Pf : Poblacin final en miles Ti : Tiempo inicial en aos Tf : Tiempo final en aos KIC : Tasa de crecimiento poblacional.

c) DOTACIONLas dotaciones estarn dadas de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). Consumo Domstico:La dotacin domstica se hallar mediante la lectura de medidores correspondiente al domicilio escogido por cada alumno y segn el nmero de personas que residen en dicha casa. Consumo Domstico = Poblacin de Diseo x Dotacin Domstica Consumo Comercial y Pblico:

Consumo complementarioLas dotaciones estarn dadas de acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE). Con respecto a su rea til y al servicio que se ofrece.TABLA N 03. DOTACIONES PARA LUGARES PBLICOS SEGN EL RNE - 2009 LUGAR PUBLICODOTACION UNIDAD

Plaza de Armas2L/da/m

Hospital600L/da/cama

Colegio/E. superior40L/da/alumno

Parque Zonal2L/da/m

Iglesia0.5L/da/m

Municipalidad6L/da/m

Estacin de Polica50L/da/efectivo

Jardn infantil40L/da/Alumno

Coliseo1L/da/espectador

Banco6L/da/m

Cementerio2L/da/m

Escuela40L/da/Alumno

FUENTE: Reglamento Nacional de Edificaciones Norma Tcnica IS 010Dotacin Per Cpita (Dot.PC):Est expresado mediante la siguiente relacin:

d) CAUDAL DE DISEO 1. CAUDAL MEDIO (Qm)El caudal medio Qm, es el caudal calculado para la poblacin proyectada (Poblacin de diseo) con sus ajustes y la dotacin bruta o dotacin Per Cpita, expresado en L/seg. Dicho caudal es utilizado para disear el Reservorio.

Donde:Qm : Caudal medio (L/seg)PT : Poblacin de diseo (hab)2. CAUDAL MXIMO DIARIO (Qmax.d):El caudal mximo diario Qmax.d, se define como el consumo mximo registrado durante 24 horas en un periodo de un ao, dicho caudal es utilizado para disear Captaciones, Lnea de Conduccin y Plantas de Tratamiento:

3. CAUDAL MXIMO HORARIO (Qmax.h): El caudal mximo horario Qmax.h, se define como el consumo mximo registrado durante una hora en un periodo de un ao, dicho caudal es utilizado para disear la Lnea de Aduccin, Lnea de Distribucin, Redes de Alcantarillado.

Donde:Qmx.h : Caudal Mximo Horario en L/segQm : Caudal MedioK2 : Coeficiente de variacin horariaK2 = 2.0 Densidad de la poblacin:Si: Dp > 330 hab/Ha --- Multifamiliar Dp< 330 hab/Ha --- Unifamiliar 4. DENSIDAD DE POBLACIN: Viene dada por la relacin: Dp = Poblacin (hab/Ha)

FUENTES DE ABASTECIMIENTOSa) Agua de lluvia o metericas: el aprovechamiento de agua de lluvia se hace en aquellos casos, en los que no es posible obtener aguas superficiales y subterrneas, de costo adecuado, de buena calidad y cuando el rgimen de lluvias sea importante.

b) Aguas superficiales: Estn constituidas por los arroyos, ros, lagos, etc., que discurren naturalmente en la superficie terrestre.

c) Aguas subterrneas: estas aguas constituyen parte del ciclo hidrolgico y son las que se infiltran en el terreno, y que por percolacin se mantienen en movimiento a travs de estratos geolgicos capaces de contenerlas y permiten su circulacin, su explotacin depender de las caractersticas hidrolgicas y formacin geolgicas del acufero.

1.1.1. SELECCIN DE LA FUENTE DE ABASTECIMIENTO

En la seleccin de la fuente de abastecimiento, los factores a considerar son:

Cantidad Calidad Seguridad Costo Legalidad, etc.

Estos factores no se citan en ningn orden ya que por el general son interdependientes, no obstante el costo es quiz el ms importante. En la mayora de las poblaciones rurales de nuestro pas, existen dos tipos de fuentes de agua: Superficial y subterrnea.

1.2. CAPTACION

Estructura que sirve para reunir adecuadamente una cierta cantidad de agua, con fines aprovechables. Esta estructura vara de acuerdo al tipo de fuente de abastecimiento (superficial, subterrneas o metericas), su localizacin y magnitud.

1.2.1. CLASES DE CAPTACINSe tienen las siguientes:a) Captacin de Aguas Lacustres.Generalmente la toma de agua de los lagos, es preferible a la de los ros especialmente cuando este tiene gran recorrido. b) Captacin de Aguas Fluviales.La toma de cursos de agua superficial, se hace indispensable para proyectos de gran envergadura, ya sea paro C'C.HH, Irrigaciones o Abastecimiento de Agua para Ciudades que tengan gran cantidad de demanda, siempre y cuando se tenga la fuente disponible.c) Captacin de Aguas Subterrneas.La explotacin de estas aguas podr efectuarse a travs de: PozosVienen a ser perforaciones en la superficie del terreno que debidamente diseadas y construidas permiten efectuar la extraccin econmica de agua de un determinado acufero. As tenemos:Pozos FreticoAquellos que penetran hasta aguas freticas. La explotacin en este caso ocasiona descensos del nivel fretico en las vecindades del pozo, movindose el agua hacia el pozo a causa de las diferencias de presin ocasionadas. Pozos ArtesianosSon aquellos pozos donde el agua del subsuelo se encuentra bajo presin hidrosttica, a causa de su confinamiento por una capa de material impermeable, y su nivel de agua es mayor que del acufero.1.3. MANANTIAL

Es un lugar donde se produce un afloramiento natural de agua subterrnea. el agua de manantial fluye por lo general a travs de una formacin de estratos gravo arenosos (acufero) o roca fisurada. Los manantiales se pueden clasificar en:

a) Por su ubicacin en el terreno: Manantial de ladera.- Son aquellos que se presentan como consecuencia de capas impermeables que sirven de base a la napa fretica, la caracterstica principal de stos manantiales, es que afloran en laderas y a una misma altura, segn la lnea del estrato impermeable.

Manantial de falla.- Son consecuencias directas de la accin geolgica y se presentan en forma de grietas en la superficie del terreno, por lo general provienen de zonas profundas de la tierra y a temperaturas elevadas, permitiendo la disolucin de las sales que encuentran a su paso.

Manantiales de tubo.- Estos manantiales, como su nombre lo indica, provienen despus de haber perforado en forma de tubo la corteza terrestre, generalmente a los terrenos calizos, debido a la disolucin de calizas, emanando aguas cargadas de carbonatos de calcio; no recomendndose este tipo de agua para consumo humano, por ser muy duras.

b) Por su forma como discurre el agua a travs de la corteza terrestres, hasta salir a la superficie Manantiales de agua descendente.- El agua de estos manantiales, corre sobre los estratos impermeables inclinados, hasta que afloran en la superficie y discurren por accin de la gravedad.

Manantiales de agua Ascendente o Artesianos.- Su formacin es permeable, o de grieta confinada entre dos capas impermeables, y que ascienden a presin hasta la superficie del terreno. 1.4. PRETRATAMIENTO:SEDIMENTADOR.Estructura que cumple con las mismas funciones que el desarenador, slo que en sta estructura se albergarn a partculas ms pequeas que las tratadas en el desarenador; son de iguales caractersticas.DESARENADOR. El desarenador tiene por objeto separar del agua cruda: El arena y partculas en suspensin gruesa con el fin de evitar se produzcan depsitos en las obras de conduccin, proteger las bombas de la abracion, y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento. Zona de Entrada.- Consiste en una transicin que une el canal o tubera de llegada de la captacin. Tiene como funcin el conseguir una distribucin ms uniforme de las lneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad. Se consideran dos compuertas en la entrada para orientar el flujo hacia la unidad, o hacia el canal de bypass durante la operacin de limpieza. Zona de Desarenacin.- La parte principal de la unidad consiste en un canal en el cual se realizan el proceso de depsito de partculas con pendiente en el fondo para facilitar la limpieza. Zona de salida.- Conformada por un vertedero de rebose diseado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada. Zona de depsito y eliminacin de la arena sedimentada.- constituida por una tolva con pendiente de 10% para impulsar el deslizamiento de la arena hacia un canal de 0.10m de alto por 0.30m de ancho, que facilita su salida a travs de la compuerta de igual seccin hacia la caja de desage.

IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES:En la primera parte del trabajo de abastecimiento de agua y alcantarillado se logr determinar lo siguiente: Caudal de diseo Parmetros de diseo Se logr elaborar un Plano de distribucin de manzanas tanto para viviendas como para reas destinadas a otros usos y expansin urbana El Periodo de Diseo es de 25 aos. La poblacin para el ao 2015 Dotacin El diseo de las estructuras de captacin de manantiales se realiza con el caudal mximo aforado, pero se debe tener en cuenta el abastecimiento con el caudal mnimo para pocas de estiaje. Los filtros para captacin de manantiales deben cumplir con granulometras especiales para evitar contaminacin de los mismos, y tambin para evitar que se produzca tubificacin. Es necesario implementar a las cmaras de captacin con tuberas de desage, rebose y ventilacin.

RECOMENDACIONES: Comparar la las poblaciones que se obtendran empleando otros mtodos para el clculo de la tasa de crecimiento poblacional, y discutir cual es la razn por el cual no se emplean otros mtodos. Para el periodo de diseo de debe considerar mas factores, para su clculo, ya que no solo la tasa de crecimiento tiene influencia en su determinacin. Es necesario desarrollar un sistema de operacin sencillo en caso de captacin de manantiales, ya que muchas veces la operacin de estas estructuras est a cargo de los mismos pobladores. A menudo las captaciones de manantiales no requieren un complejo sistema de tratamiento, pero es necesario primero realizar un estudio mineralgico para determinar si es apta para el consumo humano.

V BIBLIOGRAFIA Reglamento Nacional de Edificaciones 2009 (IS - 010) ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO UNC: Ing Gaspar MNDEZ CRUZ ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO UNI:VIERENDEL SEPARATA ENTREGADA POR EL DOCENTE DEL CURSO ING EUSEBIO DAS CALLAN

VI ANEXOSFOTOGRAFIALECTURA (m3)FECHA

1 lectura:

938.2562 msabado

17/01/15

2 lectura:

938.7256 mdomingo

18/01/15

INGENIERA CIVIL