norma para calculo de poblacion

7/23/2019 Norma Para Calculo de Poblacion

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Normas y Lineamientos Tcnicos para las Instalaciones de Agua Potable, AguaTratada, Alcantarillado Sanitario y Pluvial de los Fraccionamientos y Condominios

de las Zonas Urbanas del Estado de Quertaro

NDICE1. Agua Potable Pag.

1.1 Datos para el proyecto 21.1.1 Poblacin 31.1.2 Dotacin 41.1.3 Gastos de diseo 6

Gasto medio diario 6Gasto mximo diario 6Gasto mximo horario 6

1.1.4 Definicin esquemtica de los principales componentes de un sistema deagua potable

7

1.2 Lnea de conduccin 8

1.2.1 Tipos de lneas de ConduccinConduccin por bombeo

8

Conduccin por gravedad 8Conduccin mixta 8

1.2.2 Conceptos a considerar para el diseo 8Gasto de diseo 9Prdidas de energa por friccin 9Prdidas de energa por friccin en funcin de n 9Prdidas secundarias 9Tabla 1.2.2.a. Valores de k coeficiente de prdidas secundarias 10Tabla 1.2.2.b. Coeficiente n de friccin en las tuberas 10Velocidad del agua en las tuberas 10

Tabla 1.2.2.c. Velocidad mxima y mnima permitida en tuberas 111.2.3 Clculo del dimetro en las tuberas 111.2.4 Procedimiento para el clculo de la lnea de conduccin por bombeo 12

1.3 Tanque de regulacin 13Tabla 1.3.a. Variacin del gasto horario en diferentes ciudades del pas 13Tabla 1.3.b. Rgimen de demandas 14

1.3.1 Volumen del tanque 14Tabla 1.3.1.b Valor de F para distintos horarios de bombeo 15

1.3.2 Cisterna y Tinaco 17

1.4 Redes de distribucin 181.4.1 Formas de distribucin 181.4.2 Criterio del clculo hidrulico 191.4.3 Consideraciones adicionales para los proyectos de agua potable 21

1.5 Vlvulas 22

1.6 Sistema de bombeo secundario 25


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1. Agua Potable1.1.- Datos para el proyecto

Para llevar a cabo los proyectos de Agua Potable de los fraccionamientos, condominios yunidades condominales, se deben de conocer los siguientes datos:

Tabla 1.1.a.-Datos a considerar en el diseo de proyectos de agua potable.No Dato Caracterstica1 Tipo de desarrollo Habitacional Fraccionamiento

Comercial CondominioIndustrial Unidad CondominalMixto

2 Tabla de reas de usos del suelo (m2) TerrenoVendible (habitacional, comercial etc.)VialidadDonacionesVerdeOtros

3 Nmero de lotes Cantidad (habitacional, comercial etc.)4 Densidad de poblacin autorizada Hab. / Ha o hab. / lote

5 Poblacin de proyecto Habitantes (total para el desarrollo)

6 Gasto medio diario l.p.s.

7 Gasto mximo diario l.p.s.

8 Gasto mximo horario l.p.s.

9 Coeficiente de variacin diaria 1.2 a 1.5

10 Coeficiente de variacin horaria 1.5 a 2.0

11 Tipo de tubera a emplear Material, caractersticas

12 Coeficiente de rugosidad de la tubera f (material de la tubera)

13 Punto de conexin definido por la C.E.A. Ubicacin del crucero de conexin

14 Presin disponible en el punto deconexin definido por la C.E.A.

Definir carga que proporcionar el puntode conexin

15 Tipo de conduccin Gravedad, bombeo, combinada

16 Regularizacin Tanque superficial, tanque elevado

17 Capacidad de la regularizacin m3

18 Rebombeo Tanque superficial

19 Capacidad de rebombeo m3

20 Tipo de Distribucin Gravedad, bombeo, combinada

21 Definir si habr reso de aguas negras ogrises

Describir

22 Sistema de Distribucin Celular Nombre y nmero


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1.1.1 Poblacin

La poblacin para el proyecto deber ser la cantidad total que tendr el desarrollo al 100%de su capacidad, aunque el desarrollo se realice por etapas.

Para el caso de los desarrollos habitacionales el nmero total de habitantes por servir,

ser el producto de multiplicar el nmero de viviendas por la cantidad de habitantes porlote, en la ciudad de Quertaro y zonas urbanas del Estado se debern de considerar 5habitantes por lote.

Para el caso de desarrollos comerciales e industriales, se deber de presentar un estudiocon las siguientes consideraciones:

Tabla 1.1.1.a.- consideraciones de diseo.

No Concepto Caracterstica

1 Nmero de lotes Industrial, comercial

1 Densidad autorizada Habitante / Ha.

2 Nmero estimado de obreros y empleados Habitante / turno

3 Numero de turnos que se permitir trabajar Uno, dos, tres

4 Dotacin de la poblacin Ver tabla 1.1.2.a

Clculo de la poblacin:

Desarrollo habitacional:

No. de viviendas x 5 habitantes por vivienda= nmero total de habitantes

Desarrollo Industrial o comercial:

No. delotes x

(No. obreros yempleados por lote) x

No. deturnos =

nmero totalde habitantes

Tanto para el desarrollo habitacional como para el desarrollo industrial o comercial, lapoblacin de proyecto no deber de ser mayor a la densidad de poblacin autorizada enel uso de suelo correspondiente.

Poblacin de proyecto < o = Densidad de poblacin autorizada para el desarrollo deacuerdo al uso de suelo


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1.1.2 Dotacin

La dotacin es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando todos losconsumos de los servicios y las prdidas fsicas que existen en cualquier sistema dedistribucin, su unidad es en lts / hab. / da.

Para el caso de la ciudad de Quertaro y zonas urbanas del estado de Quertaro laC.E.A. ha definido los siguientes valores. Para la dotacin de desarrollos habitacionales,condominios, comercios, industrias y otros giros, sin considerar el reso y tratamiento delagua residual, deben contemplarse los siguientes:

Tabla 1.1.2.a.- Parmetros en el clculo del gasto para el cobro de los derechos deinfraestructura en el Estado de Quertaro:

Giros Tipos Dotacin

Habitacional**Domstico 200 lts/hab/da

Domstico (Administraciones) 150 lts/hab/da

Oficinas Cualquier gnero 6 lts/m2/da

Comercios

Comercios secos

Si cuentan con bao en cada local(cualquier superficie)

6 lts/m2/da

Con superficie menor a 500m2 6 lts/m2/da

De 501m2 a 1,000m2 3 lts/m2/da

De 1,001m2 a 1,500m2 1.5 lts/m2/da

De 1,501m2 o ms 1 lts/m2/da

Restaurante 12 lts/persona/da

Cocina econmica 12 lts/m2/da

Lavado de autos 60 lts/auto

Lavanderas 40 lts/Kg/ropa

Mercados 100 lts/puesto/da

Baos pblicos 300 lts/uso/reg/da

Salud

Hospitales y clnicas conhospitalizacin

500-800 lts/cama/da

Centros de Salud 350 lts/cama/da

Orfanatos y asilos 150 lts/cama/da

EducacinCultural

Guarderas Incl. personal 60 lts/persona/da

Educacin elemental 20 lts/alumno/turno

Personal docente 20 lts/personal/turno

Media superior 25 lts/alumno/turno

Exposicin temporal 10 lts/asistente/da

Recreacin

Alimentos y bebidas 12 lts/comida/da

Entretenimiento 6 lts/asiento/daRecreacin social 25 lts/asistente/da

Deporte/Aire libre/Baos /Vestidor 150 lts/asiento/da

Estadios, Circos y Ferias 10 lts/asiento/da

Dotacin animales 25 lts/animales/da


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Tabla 1.1.2.a.- Parmetros en el clculo del gasto para el cobro de los derechos deinfraestructura en el Estado de Quertaro (continuacin):

Giros Tipos Dotacin

SeguridadReclusorios 150 lts/interno/da

Cuarteles 150 lts/persona/da

Industria

Con regaderas + Sup. adicional 100 lts/trabajador/da

Industrias secas

Con superficie menos a 500m2 6 lts/m2/da

De 501m2 a 1,000m2 3 lts/m2/da

De 1,001m2 a 1,500m2 1.5 lts/m2/da

De 1,501m2 o mas 1 lts/m2/da

Otras industrias 30 lts/trabajador/da

Comunicaciny transporte

Estacin de transporte 10 lts/pasajero/da

Estacionamiento:


De 501m2 a 1,000m2 1 lts/m2/da

De 1,001m2 a 1,500m2 0.5 lts/m2/daEspaciosabiertos

Jardines 5 lts/m2/da

Parques 5 lts/m2/da

Ganadero

Caprino y ovino 20 lts/cabeza/da

Bovino y equino 40 lts/cabeza/da

Avcola 0.4 lts/cabeza/da

Gasolinero Gasolinera 6 lts/m2/da

Hoteles

Moteles, casa de huspedes 200 lts/cuarto/da

Gran turismo 1,000 lts/cuarto/da

4 y 5 estrellas 750 lts/cuarto/da

1 a 3 estrellas 400 lts/cuarto/da

Otros

Baos pblicos 20 lts/uso/sanitario/daTortillera (Procesa harina) 40 lts/bulto/da

Tortillera (Procesa maz) 60 lts/bulto/da

Molino de nixtamal 0.5 lts/Kg/da

Hidrante para riego 5 lts/m2/da

Tabiquera 0.8 lts/pza

Panten con rea verde 6 lts/m2/da

Panten comunitario seco:


De 501m2 a 1,000m2 1 lts/m2/da

De 1,001m2 a 1,500m2 0.5 lts/m2/da

Iglesia 2 lts/m2/daIndustrias, centros comerciales,hoteles y otros de usos mltiples

En base a la memoria de diseohidrulico presentado por el cliente,previa aprobacin por la C.E.A.


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1.1.3 Gastos de Diseo.

Gasto medio diario

El gasto medio es la cantidad de agua requerida, para satisfacer las necesidades de unapoblacin en un da de consumo promedio.

Qmed= P X D / 86400

donde:Qmed Gasto medio diario en lts. / seg.P Nmero de habitantesD Dotacin en lts / hab / da86400 segundos / da

Gasto mximo diario

Es el caudal que debe de proporcionar la fuente de abastecimiento y, se utiliza para

disear:La obra de captacinLos equipos de bombeoLa lnea de conduccin antes del tanque de regularizacinEl tanque de regularizacin y almacenamiento

Qmd= CVd x Qmed

donde:Qmd Gasto mximo diario en lts / seg.CVd Coeficiente de variacin diaria (de 1.2 a 1.5) La CEA acepta 1.2Qmed Gasto medio diario en lts. / seg.

Gasto mximo horario

El gasto mximo horario, es el requerido para satisfacer las necesidades de la poblacinen el da y a la hora de mximo consumo. Se utiliza para disear:

La lnea de alimentacin a la red (despus del tanque de regularizacin)Las redes de distribucin

Qmh= CVh x Qmd

donde:

Qmh Gasto mximo horario en lts / seg.CVh Coeficiente de variacin horaria (de 1.5 a 2.0) La CEA acepta 1.5Qmd Gasto mximo diario en lts. / seg.


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1.2 Lnea de conduccin.

Se llama lnea de conduccin, al conjunto de: tuberas, estaciones de bombeo ydispositivos de control, que permiten el transporte del agua desde una fuente deabastecimiento, hasta el sitio donde ser regulada y posteriormente distribuida.Si existen dos o ms fuentes de abastecimiento se denominan redes de conduccin.

1.2.1 Tipos de Lneas de Conduccin

Conduccin por bombeo.La conduccin por bombeo se requiere cuando la fuente de abastecimiento tiene unaaltura piezomtrica menor a la requerida en el punto de entrega, es decir se encuentra enun nivel inferior al del tanque de regulacin la red de distribucin.

Conduccin por gravedad.La conduccin por gravedad se requiere cuando la fuente de abastecimiento tiene unaaltura piezomtrica mayor a la requerida en el punto de entrega, es decir se encuentra enun nivel superior al del tanque de regulacin la red de distribucin.

Conduccin mixta.Es una combinacin de conduccin por bombeo en una primera parte y una conduccinpor gravedad en una segunda parte.

1.2.2.-Conceptos a considerar para el diseo.

En este captulo veremos nicamente el caso de la lnea de conduccin a presin, entre lafuente de abastecimiento y el tanque de regulacin del propio desarrollo. Las tuberas deconduccin debern de cumplir con los aspectos mencionados a continuacin:

Contar con el perfil y el trazo del terreno donde se ubicar la lnea.

No cruzar terrenos particulares. Dejar pasillos de servicio entre terrenos para ubicar la lnea de conduccin. Estos

pasillos de servicio debern ser de 4.00 m de ancho mnimo (2.00 m a cada lado), conacceso libre de construcciones y obstculos, no se permitir ningn tipo deconstruccin

Buscar el recorrido ms corto entre la fuente de abastecimiento y el tanque deregulacin.

Siendo una instalacin urbana se instalar en zanjas de acuerdo a las secciones deexcavacin definidas en capitulo de Lineamientos Tcnicos del presente documento.

Deber de ubicarse la lnea de conduccin en zanjas separadas de las redes dedistribucin.

En la conduccin nunca debern de conectarse tomas domiciliarias.

Deber de contar con vlvulas de admisin y expulsin de aire (combinadas) en lossitios ms elevados del perfil, en las zonas sensiblemente planas a distancias entre400 y 800 m Lo anterior es para eliminar el aire presente en el agua y permitir lacorrecta operacin de la lnea durante el llenado y vaciado de la misma.

En los puntos bajos del perfil debern de colocarse vlvulas de desage.

Contar con un tren de descarga que une la fuente de abastecimiento con la lnea deconduccin


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Gasto de diseo.

El gasto de diseo est en funcin del gasto que se debe entregar al tanque y del gastoque proporciona la fuente de abastecimiento.

Qe = Qd/ No. horas bombeo por da

Prdidas de energa por friccin en la conduccin.

Para el clculo de las prdidas de carga por friccin, se utiliza la frmula de Darcy-Weisback:

donde:

hf Prdida de energa por friccin, en metros de columna de agua.

f Coeficiente de prdidas por rozamiento

L longitud de tubera en m.

V Velocidad media del flujo en m/seg.D Dimetro interior de la tubera en m.

g Aceleracin de la gravedad = 9.81 m/seg.2

Prdidas de energa por friccin en la conduccin en funcin de n

La formula anterior de prdida de energa se puede expresar de manera ms prctica, enfuncin de n (coeficiente de rugosidad de la tubera)con la frmula de Manning

donde:hf Prdida por friccin en metros de columna de agua.

L Longitud de la tubera en m.Q Gasto en m

3/ seg.

n Coeficiente de rugosidad (ver Tabla 1.2.2.b. en este captulo)D Dimetro de la tubera en m.

Prdidas secundarias o menores

Se entiende por prdidas secundarias las producidas por ensanchamientos,contracciones, cambios de direccin, entradas, salidas, vlvulas y, dems accesorios delas tuberas. Estas prdidas en algunos casos no son significativas y normalmente seignoran, salvo que el proyectista considere necesario calcularlas, se emplea la siguienteformula.

donde:

h prdida secundaria en metros de columna de agua.

k Coeficiente de prdida que depende del accesorio que lo genera

(ver tabla 1.2.2.a.)

V Velocidad del flujo en m/seg.

g Aceleracin de la gravedad = 9.81 m/seg.2

hf= f L x V2

D 2g

hf= K x L x Q = 10.3 x n x L x QD16/3

h = k V 2g


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Tabla 1.2.2.a.-Valores dekcoeficiente de prdida

No Accesorio Valor de k No Accesorio Valor dek

1 Prdida a la entrada de un deposito:

-Conexin de tubera a ras de la pared

-Tubera entrante

-Conexin de tubera abocinada

0.50

1.00

0.05

8 Contraccin brusca de

la tubera para distintos

valores de D1/D2:1.201.401.601.802.002.503.00

4.005.00

0.080.170.260.340.370.410.430.450.46

2 Prdida a la salida de un depsito 1.00

3 Ensanchamiento brusco (V1V2)2/ 2g

4 Codos de 45 0.35 a 0.45

5 Codos de 90 0.50 a 0.75

6 Tes 1.50 a 2.00

7 Vlvulas de compuerta (abierta) 0.25

Tabla 1.2.2.b.-Coeficiente de friccin n para las frmulas de Manning.

Material nPVC, Polietileno de alta densidad y Polyester reforzado con fibrade vidrio

0.009

Asbesto Cemento 0.010

Hierro fundido dctil (nuevo) 0.013

Hierro fundido dctil (usado) 0.017

Concreto liso 0.012

Concreto rugoso 0.016Mampostera con mortero de cemento 0.020

Acero soldado con revestimiento interior basado en epoxy / hierrofundido dctil con recubrimiento interno de mortero acabado fino

0.011

Acero sin revestimiento 0.014

Acero galvanizado nuevo o usado 0.014

Velocidad del agua en las tuberas

Se emplea la siguiente frmula de Manning para el clculo de la velocidad en tuberas

llenas.V = (0.397

D

2/3S

1/2) / n

donde:V Velocidad del flujo en el tubo en, m/seg.D Dimetro interior de la tubera en m.S Prdida de carga unitria h/L (m/m)n Coeficiente de friccin (ver tabla 1.2.2.b.)


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Tabla 1.2.2.c.-Velocidades mxima y mnima permisibles en tuberas.

Material de la tuberaVelocidad (m/seg.)

Mxima Mnima

Concreto simple hasta 45 cm de dimetro 3.00 0.30

Concreto reforzado a partir de 60 cm de dimetro 3.50 0.30

Acero con revestimiento

5.00 0.30

Acero sin revestimiento

Acero galvanizado

Asbesto cemento

Hierro fundido

Hierro dctil

PEAD (Polietileno de Alta Densidad)PVC (Policloruro de Vinilo)

PRFV (Polyester Reforzado con Fibra de Vidrio)

1.2.3.- Clculo del dimetro de la tubera.

Las diferentes formulas para calcular el dimetro dan un valor terico, que deber derevisarse con los dimetros comerciales ms cercanos por encima a ste valor.

El dimetro se encontrar entre los valores obtenidos por las siguientes frmulas:

Anlisis del dimetro ms econmico, de la Formula de Bresse

D0= 1.2 Q 1/2donde:D0 Dimetro interior del tubo, en m.Q Gasto requerido en m3 / seg.

Para la obtencin del dimetro en cm. de la frmula de Manning

Dcm= (691,000 x Q x n / S1/2

)3/8

donde:Dcm Dimetro interior del tubo, en cmQ Gasto requerido en m3 / seg.

n Coeficiente de friccin (ver tabla 1.2.2.b.)S Prdida de energa por metro h/L

Para la obtencin del dimetro en metros de la frmula de Manning

D = (3.208 x Q x n / S1/2

)3/8

donde:D Dimetro interior del tubo, en mQ Gasto requerido en m3 / seg.


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n Coeficiente de friccin (ver tabla 1.2.2.b.)S Prdida de energa por metro h/L


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1.2.3.- Procedimiento de clculo de la lnea de conduccin por bombeo

Para el clculo de la lnea de conduccin se deben de seguir los siguientes pasos:

Partiendo del trazo y perfil de la lnea de conduccin, se debern definir laslongitudes de cada tramo y los desniveles de la lnea, pudiendo determinar as

la carga total a vencer.

Determinar el gasto que aporta la fuente de abastecimiento.

Determinar el Gasto Demandado por da que ser igual al Gasto Mximo Diariopor 24 hrs.

Qd= Qmd x 24 hrs.

Determinar el Gasto de entrada Qeal tanque de regulacin, que ser igual algasto demandado, entre el nmero de horas que se bombea al da.

Qe= Qd/ No. horas bombeo por da

Calcular el dimetro de la tubera de conduccin, con el gasto de entrada Qecon alguna de las frmulas de Manning o de Bresse:

Dcm= (691,000 x Qe x n / S1/2

)3/8

D = (3.208 x Qex n / S1/2

)3/8

D0= 1.2 Qe1/2

Calcular las prdidas por friccin y si se considera necesario las prdidassecundarias, con las frmulas:

hf= f L x V2

D 2g

hf= K x L x Q2 = 10.3 x n2x L x Q2

D16/3 Hacer varias alternativas con dimetros comerciales menores y mayores al

calculado volviendo a calcular las prdidas por friccin y elegir el dimetro msconveniente.

Revisar la velocidad de la lnea que este dentro de los parmetros permitidos(ver tabla 1.6.c).

V = 0.397 D2/3

S1/2

n


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1.3 Tanque de regulacin.

La regularizacin tiene por objeto lograr la transformacin de un rgimen de aportaciones(de la conduccin) que normalmente es constante, en un rgimen de consumos odemandas (de la red de distribucin) que siempre es variable. El tanque de regularizacindebe de proporcionar un servicio eficiente bajo normas estrictas de higiene y seguridad,

procurando que su costo de inversin y mantenimiento sea mnimo.

Adicionalmente a la capacidad de regulacin se puede contar con un volumen paraalimentar la red de distribucin en condiciones de emergencia (incendios, desperfectos enla captacin o en la conduccin). Este volumen adicional debe de justificarse en aspectostcnicos y financieros, y se define como el volumen de almacenamiento.

La capacidad del tanque est en funcin del gasto mximo diario Qmd y la ley dedemandas de la localidad. Para el caso del presente documento se adoptarn los valoresde variacin de gasto horario en (%) determinados por el IMTA, para diferentes ciudadesde la repblica, (ver tabla 1.3.a).

El clculo de la capacidad de los tanques debe de considerar tanto el nmero de horas dealimentacin o bombeo, como su horario.

Cuando se modifique el horario de bombeo a un periodo menor de 24 horas / da, se debede cambiar el gasto de diseo de la fuente de abastecimiento y conduccin,incrementndolo proporcionalmente a la reduccin del tiempo de bombeo, segn lasiguiente expresin:

Qe = Qd / tb= 24hrs. x Qmd / tb

donde:Qe Gasto de entrada al tanque en lts. / seg.Qd Gasto demandado en lts. / seg.

Qmd Gasto mximo diario en lts / seg.tb Tiempo de bombeo en h/da

Tabla 1.3.a.- Variacin del gasto horario para diferentes ciudades del pas(IMTA)(Rgimen de demandas)

Variacin del gasto horario %

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

0-1

2-3

4-5

6-7

8-9

10-11

12-13

14-15

16-17

18-19

20-21

22-23

Horas del da

Variacindelga

stohorarioen%


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Tabla 1.3.b.- Rgimen de demandasHora Variacin del

gasto horario%

Hora Variacin delgasto horario

%

0-1 60.6 12-13 128.8

1-2 61.6 13-14 126.6

2-3 63.3 14-15 121.63-4 63.7 15-16 120.1

4-5 65.1 16-17 119.6

5-6 82.8 17-18 115.1

6-7 93.8 18-19 112.1

7-8 119.9 19-20 105.6

8-9 130.7 20-21 90.1

9-10 137.2 21-22 78.4

10-11 134.3 22-23 71.0

11-12 132.9 23-24 65.1

1.3.1.-Volumen del tanque.

Con el rgimen de demandas anterior podemos establecer el volumen til del tanque,haciendo varios ejercicios de entradas al tanque, con diferentes horarios de bombeo yaplicando la siguiente frmula:

Vtanque= Qmd x 3600 x Fdonde:Vtanque Volumen til del tanque en m3Qmd Gasto mximo diario en m3 / seg.3600 Valor para convertir de m3 / seg. a m3F Valor obtenido de calcular [Mximo dficit] + Mximo supervit

dividido entre 100 para convertirlo de porcentaje a unidad

Tabla 1.3.1.a.- Procedimiento de clculo y explicacin de las columnas:(ver tablas 1.3.1.b y 1.3.1.c)

Columna Explicacin Clculo1 Horario del bombeo

2 Gasto suministrado o gasto de entrada expresado en %

3 Gasto demandado o gasto de salida expresado en % Ver Rgimen dedemandas (tabla 1.3.b)

4 Diferencias entre el gasto de entradagasto de salida (23)

5 Diferencias acumuladas

Se obtiene la suma del [Mximo dficit] y el Mximo supervit. en valor absoluto de los

valores anteriores convertido de porcentaje a unidad, aplicando este factor al gastomximo diario convertido a m3, se obtiene el volumen til del tanque de regulacin en m3.

En caso de considerar un volumen adicional, este tanque tambin ser dealmacenamientoSe presenta el ejemplo de clculo para un periodo de bombeo de 24 hrs. y de 12 hrs.


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Comisin Nacional del Agua

MANUAL DE AGUA POTABLE,ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO

DATOS BSICOS

Diciembre de 2007

www.cna.gob.mx

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ADVERTENCIA

Se autoriza la reproduccin sin alteraciones del material contenido en esta obra, sin fines de lucro y citando lafuente.

Esta publicacin forma parte de los productos generados por la Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje ySaneamiento, cuyo cuidado editorial estuvo a cargo de la Gerencia de Cuencas Transfronterizas de la ComisinNacional del Agua.

Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento.

Edicin 2007ISBN: 978-968-817-880-5

Autor: Comisin Nacional del AguaInsurgentes Sur No. 2416 Col. Copilco El BajoC.P. 04340, Coyoacn, Mxico, D.F.Tel. (55) 5174-4000www.cna.gob.mx

Editor: Secretara de Medio Ambiente y Recursos NaturalesBoulevard Adolfo Ruiz Cortines No. 4209 Col. Jardines de la Montaa,C.P 14210, Tlalpan, Mxico, D.F.

Impreso en MxicoDistribucin gratuita. Prohibida su venta.

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Comisin Nacional del Agua

Ing. Jos Luis Luege TamargoDirector General

Ing. Marco Antonio Velzquez Holgun

Coordinador de Asesores de la Direccin GeneralIng. Ral Alberto Navarro GarzaSubdirector General de AdministracinLic. Roberto Anaya MorenoSubdirector General de Administracin del AguaIng. Jos Ramn Ardavn ItuarteSubdirector General de Agua Potable, Drenaje y SaneamientoIng. Sergio Soto PrianteSubdirector General de Infraestructura HidroagrcolaLic. Jess Becerra PedroteSubdirector General JurdicoIng. Jos Antonio Rodrguez TiradoSubdirector General de ProgramacinDr. Felipe Ignacio Arregun CortsSubdirector General TcnicoLic. Ren Francisco Bolio HalloranCoordinador General de Atencin de Emergencias y Consejos de CuencaM.C.C. Heidi Storsberg MontesCoordinadora General de Atencin Institucional, Comunicacin y Cultura del AguaLic. Mario A lberto Rodrguez PrezCoordinador General de Revisin y Liquidacin FiscalDr. Michel Rosengaus Moshinsky

Coordinador General del Servicio Meteorolgico Nacional

C. Rafael Reyes GuerraTitular del rgano Interno de Control

Responsable de la publicacin:Subdireccin General de Agua Potable, Drenaje y Saneamiento

Coordinador a cargo del proyecto:Ing. Eduardo Martnez OliverSubgerente de Normalizacin

La Comisin Nacional del Agua contrat la Edicin 2007 de los Manuales con el

INSTITUTO MEXICANO DE TECNOLOGA DEL AGUA segn convenioCNA-IMTA-SGT-GINT-001-2007 (Proyecto HC0758.3) del 2 de julio de 2007

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ELABORACIN

1 Edicin

Leonel Ochoa Alejo (1), Joel Rangel Moreno (1), Jos Manuel Rodrguez Varela (1),Antonio Delgado Bocanegra (1), Armando Vzquez Lujn (1)

2 Edicin

COMISIN NACIONAL DEL AGUA

3 Edicin

Dr. Velitchko G. Tzatchkov (1)

REVISIN 3 Edicin

Ing. Eduardo Martnez Oliver(2)

Ing. Hctor E. lvarez Novoa (2)

(1)Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (IMTA)

(2)Comisin Nacional del Agua (CNA)

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CONTENIDOPgina

GLOSARIO........................................................................................................................ 1

INTRODUCCIN............................................................................................................... 3

1. GENERALES................................................................................................................. 41.1 POBLACIN DE PROYECTO.................................................................................... 4

1.2 PERODO DE DISEO ............................................................................................... 61.2.1 Vida til .................................................................................................................... 7

2. PROYECTOS DE AGUA POTABLE............................................................................ 82.1 CONSUMO .................................................................................................................. 82.1.1 Consumo domstico .............................................................................................. 82.1.2 Consumo no-domstico ........................................................................................ 9

2.2 DEMANDA................................................................................................................. 102.2.1 Demanda actual .................................................................................................... 102.2.2 Prdidas fsicas..................................................................................................... 112.2.3 Prediccin de la demanda ................................................................................... 122.3 DOTACIN................................................................................................................ 13

2.4 COEFICIENTES DE VARIACIN............................................................................. 14

2.5 GASTOS DE DISEO............................................................................................... 152.5.1 Gasto medio diario ............................................................................................... 152.5.2 Gastos mximos diario y horario ....................................................................... 15

2.6 VELOCIDADES MXIMA Y MNIMA........................................................................ 16

2.7 CLCULO DE PRDIDAS DE ENERGA ................................................................ 172.7.1 Prdidas de carga por friccin ............................................................................ 172.7.2 Ecuacin de Darcy-Weisbach ............................................................................. 172.7.3 Ecuacin modificada de Colebrook - White ...................................................... 192.7.4 Variacin del coeficiente de friccin con la edad de la tubera ...................... 212.8 COEFICIENTES DE REGULACIN......................................................................... 22

2.9 ZANJAS PARA INSTALACIN DE TUBERAS....................................................... 302.9.1 Ancho y profundidad de la zanja ........................................................................ 302.9.2 Plantilla o cama..................................................................................................... 32

3. PROYECTOS DE ALCANTARILLADO SANITARIO................................................ 34

3.1 APORTACIN DE AGUAS RESIDUALES............................................................... 343.2 GASTOS DE DISEO............................................................................................... 343.2.1 Gasto medio .......................................................................................................... 343.2.2 Gasto mnimo ........................................................................................................ 353.2.2 Gasto mximo instantneo ................................................................................. 363.2.3 Gasto mximo extraordinario ............................................................................. 36

3.3 VARIABLES HIDRULICAS PERMISIBLES............................................................ 37

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3.3.1 Velocidades ........................................................................................................... 373.3.2 Pendientes ............................................................................................................. 373.3.3 Dimetros............................................................................................................... 38

3.4 PRDIDAS DE CARGA POR FRICCIN. ............................................................... 38

3.5 ZANJAS PARA INSTALACIN DE TUBERAS....................................................... 41

3.5.1 Ancho de las zanjas ............................................................................................. 413.5.2 Profundidad de zanjas ......................................................................................... 413.5.3 Plantillas ................................................................................................................ 42

SEGUNDA PARTE: GUAS, AYUDAS DE DISEO Y PROCEDIMIENTOS............... 45

4. DATOS NECESARIOS ............................................................................................... 45

5. PROCEDIMIENTOS.................................................................................................... 47

5.1 PERODOS DE DISEO........................................................................................... 475.1.1 Vida til .................................................................................................................. 485.2 POBLACIN ACTUAL .............................................................................................. 49

5.3 POBLACIN DE PROYECTO.................................................................................. 495.4 PROYECTOS DE AGUA POTABLE......................................................................... 495.4.1 Consumo................................................................................................................ 495.4.2 Demanda actual .................................................................................................... 545.4.3 Prediccin de la demanda ................................................................................... 545.4.4 Dotacin................................................................................................................. 555.4.5 Gastos de diseo. ................................................................................................. 565.4.6 Variables complementarias ................................................................................. 56

5.5 PROYECTOS DE ALCANTARILLADO SANITARIO ............................................... 565.5.1 Aportacin de aguas residuales ......................................................................... 565.5.2 Gastos de diseo .................................................................................................. 57

5.5.3 Variables complementarias ................................................................................. 57

6. EJEMPLOS DE APLICACIN ................................................................................... 58

6.1 DETERMINACIN DE PARMETROS PARA REALIZAR ESTUDIOS DE AGUAPOTABLE Y ALCANTARILLADO. ............................................................................... 58

6.2 SOLUCION DEL EJEMPLO...................................................................................... 60

6.3 CLCULO DE COEFICIENTES DE REGULACIN................................................ 75

REFERENCIAS ............................................................................................................... 77

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GLOSARIO

Alcantarillado: conjunto de tuberas que conducen las aguas residuales hasta elsitio de disposicin final de las mismas.

Aportacin: volumen de agua residual desechada por el usuario despus de su uso.Atarjea:tubera por la cual son transportadas las aguas residuales provenientes delos albaales y conducciones hacia los subcolectores y/o colectores.

Coeficiente de friccin:parmetro de diseo hidrulico que permite determinar lasprdidas de energa en un acueducto.

Consumo de agua:volumen de agua utilizado para cubrir las necesidades de losusuarios. Hay diferentes tipos de consumos: domstico, no-domstico (dividido encomercial e industrial) y pblico.

Demanda:cantidad de agua requerida por una localidad completa, una parte de ella,sector industrial, o industria especfica, para facilitar las actividades (domsticas,comerciales, industriales, tursticas, etc.) que ah tienen lugar.

Descarga domiciliaria:conjunto de elementos que sirven para conectar el sistemainterno de desage de una vivienda con el sistema de atarjeas.

Distrito hidromtrico:seccin de la red de agua potable en la que se controlan lasentradas y salidas, para realizar mediciones de consumo y hacer el balance devolmenes de agua.

Dotacin: cantidad de agua asignada a cada habitante para satisfacer susnecesidades personales en un da medio anual. (Es el cociente de la demanda entrela poblacin de proyecto). Consumo diario promedio per cpita.

Estacin de bombeo:sitio en donde se instalan equipos mecnicos para elevar elagua de un lugar bajo a otro elevado.

Fuente de abastecimiento:sitio del cual se toma el agua para suministro al sistemade distribucin.

Gasto: volumen de agua medido en una unidad de tiempo, generalmente seexpresa en litros por segundo.

Lnea de conduccin:elemento que sirve para transportar el agua de un lugar aotro de manera continua (generalmente tubos) y puede trabajar a presin en el casode tuberas o a superficie libre, en caso de canales y tuberas.

Prdida fsica:volumen de agua que entra al sistema de distribucin de agua, queno es consumido.

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Perodo de diseo:lapso para el cual se disea el sistema. Es el perodo en que seestima que la obra o elemento del proyecto alcanza su mxima eficiencia.

Planta de potabilizacin: sitio en el cual se eliminan del agua los elementos

nocivos para la salud humana.Poblacin de proyecto:nmero de habitantes de una, localidad al final del perodode diseo.

Red de distribucin: sistema de tuberas que conduce el agua potable a lo largo delas calles de una localidad para consumo de los usuarios.

Toma domiciliaria:conjunto de elementos conectados a la red de distribucin quesirven para entregar el agua a los usuarios dentro del predio.

Vida til: es el lapso en el cual se estima que la obra o elemento del proyectofunciona adecuadamente.

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INTRODUCCIN

Se puede advertir de la ms reciente literatura internacional, que la tendencia en losproyectos de sistemas de abastecimiento de agua potable, alcantarillado ysaneamiento, es la de dar una mayor importancia a la determinacin de los datos

bsicos de proyecto, especialmente a la poblacin futura, a la prediccin de lademanda de agua potable y a la aportacin de aguas residuales. Esto se debe a quela disponibilidad de fuentes de abastecimiento accesibles y baratas, es cada da msescasa, haciendo que la determinacin correcta del consumo de agua a futuro seacrtica y de preocupacin primordial en todo proyecto.

El tema que se desarrolla a continuacin consta de tres partes: CONCEPTOSTERICOS, GUAS DE APLICACIN Y PROGRAMAS DE CMPUTO. En laprimera, se explican los principales conceptos tericos actuales sobre los datosnecesarios para elaborar un proyecto de agua potable y alcantarillado; en la segundase ponen en conocimiento del lector, los procedimientos y ayudas para resolver losproblemas correspondientes y en la tercera se integra una herramienta de clculo,para la obtencin de dichos datos bsicos de proyecto.

Al final del documento se ofrece una lista de referencias bibliogrficas con elpropsito de apoyar el texto, y de que el lector interesado tenga la oportunidad deconsultar la fuente original.

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1. GENERALES

1.1 POBLACIN DE PROYECTO

La poblacin de proyecto es la cantidad de personas que se espera tener en unalocalidad al final del perodo de diseo del sistema de agua potable y alcantarillado.

En ediciones anteriores de este manual de datos bsicos se indicaban mtodos deproyeccin de poblacin por comparacin o por ajuste de curvas por mnimoscuadrados. Estos mtodos se basaban en una extrapolacin de datos histricos decrecimiento de la poblacin, que suponen que la poblacin crecer en el futuro conlas mismas tendencias como en el pasado. La dinmica de la poblacin sin embargoes mucho ms compleja. En ella intervienen las tasas de fecundidad, mortalidad y laesperanza de vida, as como la migracin internacional (entre los Estados Unidos deNorteamrica y Mxico en primer lugar) y la migracin nacional entre los estados y

dentro de los municipios en un estado. Para entender los cambios en esas tasas, laFigura 1.1 muestra la variacin histrica en Mxico desde el ao 1960, y proyectadahasta el ao 2050, de la fecundad expresada en hijos por mujer. Mientras en losaos 60 las mujeres mexicanas tenan un promedio de ms de 7 hijos por mujer, apartir del ao 2010 tendrn menos de 2. La Figura 1.2 a su vez muestra la evolucinde la esperanza de vida en Mxico, que est en franco aumento. En resultado, latasa de crecimiento de la poblacin en el pas va disminuyendo, como se muestra enla Figura 1.3. Las Figuras 1.1 a 1.3 son tomadas de documentos oficiales delConsejo Nacional de Poblacin (CONAPO), disponibles de su pgina Internetwww.conapo.gob.mx. Se refieren al pas Mxico completo, no obstante del CONAPOse pueden conseguir por estados tambin.

Figura 1.1

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Figura 1.2

Figura 1.3

Por lo anterior, la proyeccin de la poblacin debe de realizarse con un estudio queconsidere esos factores, con base en los datos disponibles o factibles de obtenerpara la localidad en cuestin. La Comisin Nacional del Agua ha editado la NormaTcnica NT-011-CNA-2001 Mtodos de Proyeccin de Poblacinque explica losprocedimientos a seguir para ese fin, en diferentes situaciones en cuanto a los datosdisponibles. La poblacin que habr n aos despus del ao i se calcula por lasiguiente ecuacin:

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http://../NT%20CNA/NT-011-CNA-2001.pdfhttp://../NT%20CNA/NT-011-CNA-2001.pdf


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n

ini TcPP )1( +=+ (1.1)

Donde:

Pi = Poblacin conocida al inicio del periodo (ao i) (hab)

Pi+n = Poblacin naos despus (hab)Tc = Tasa de crecimiento (adimensional)

La tasa de crecimiento por lo general es variable en el tiempo, ya que en cuestionesde poblacin es altamente improbable que se mantenga constante esa tasa.

La determinacin de la tasa de crecimiento depende de los datos disponibles, para locual en la Norma Tcnica NT-011-CNA-2001 se consideran 9 posibles casos. Si setienen datos histricos del crecimiento de la poblacin, la tasa Tcen porcentaje sedetermina de la siguiente ecuacin:

1001%

1

= +

n

i

ni

P

PTc (1.2)

En todo caso, se recomienda emplear en la proyeccin los datos oficiales delConsejo Nacional de Poblacin (CONAPO), disponibles de su pgina Internetwww.conapo.gob.mx.

1.2 PERODO DE DISEO

Es el intervalo de tiempo durante el cual se estima que la obra por construir llega asu nivel de saturacin; este perodo debe ser menor que la vida til.

Los perodos de diseo estn vinculados con los aspectos econmicos, que estn enfuncin del costo del dinero, esto es, de las tasas de inters real, entendindose portasa de inters real el costo del dinero en el mercado menos la inflacin. Mientrasms alta es la tasa de inters es ms conveniente diferir las inversiones, lo queimplica reducir los perodos de diseo. Cabe sealar que no se deben desatenderlos aspectos financieros, estos es, los flujos de efectivo del Organismo Operador quehabr de pagar por las obras y que la seleccin del perodo de diseo habr deatender tanto al monto de las inversiones en valor presente como a los flujos deefectivo.

Considerando lo anterior, se recomienda que el perodo de diseo sea de cincoaos, con excepcin de aquellas obras en que no se puedan concebir proyectosmodulares (obras que no pueden ampliarse fcilmente).

Siempre que sea factible se debern concebir proyectos modulares, que permitandiferir las inversiones un mayor tiempo posible.

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1.2.1 Vida til

Es el tiempo que se espera que la obra sirva a los propsitos de diseo, sin tenergastos de operacin y mantenimiento elevados, que hagan antieconmico su uso o

que requiera ser eliminada por insuficiente.

Este perodo est determinado por la duracin misma de los materiales de los queestn hechos los componentes, por lo que es de esperar que este lapso sea mayorque el perodo de diseo. Otros factores que determinan la vida til de las obras deagua potable y alcantarillado son la calidad del agua a manejar y la operacin ymantenimiento del sistema.

Se deben tomar en cuenta todos los factores, caractersticas y posibles riesgos decada proyecto en particular, para establecer adecuadamente el perodo de vida tilde cada una de las partes del sistema de agua potable, alcantarillado y saneamiento.

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2. PROYECTOS DE AGUA POTABLE

2.1 CONSUMO

El consumo es la parte del suministro de agua potable que generalmente utilizan losusuarios, sin considerar las prdidas en el sistema. Se expresa en unidades dem3/da o l/da, o bien cuando se trata de consumo per cpita se utiliza I/hab/da.

El consumo de agua se determina de acuerdo con el tipo de usuarios, se dividesegn su uso en: domstico y no-domstico; el consumo domstico, se subdividesegn la clase socioeconmica de la poblacin en residencial, medio y popular (tabla2.1). El consumo no domstico incluye el comercial, el industrial y de serviciospblicos; a su vez, el consumo industrial se clasifica en industrial de servicio eindustrial de produccin (fbricas), esta clasificacin se resume en el siguientediagrama:

Residencial

Domstico Medio

Popular

ConsumoComercial

De serviciosNo domstico Industrial De produccin

Servicios pblicos

2.1.1 Consumo domstico

Se refiere al agua usada en las viviendas. Este consumo depende principalmente delclima y la clase socioeconmica de los usuarios. El consumo domsticos medio de

una clase socioeconmica puede presentar diferencias, por diversas causas, entrelas que sobresalen: la presin en la red, la intermitencia en el servicio, la suficienciadel abastecimiento de agua, la existencia de alcantarillado sanitario y el precio delagua.

La CNA a travs del IMTA, desarroll un estudio de actualizacin de dotaciones enel pas (ref. 3), del que se obtuvo como resultado una serie de valores de consumodomstico por clase socioeconmica y clima, que se dan: en la tabla 5.3 (segunda

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parte del presente manual), de tal forma que sirva al ingeniero proyectista de gua,en el caso que no cuente con tal informacin de la localidad en estudio.

Tabla 2.1. Tipos de usuarios domsticos (ref. 3 y 4).

CLASE SOCIOECONMICA DESCRIPCIN DEL TIPO DE VIVIENDA

Residencial Casas solas o departamentos de lujo, quecuentan con dos o ms baos, jardn de 50 m2oms, cisterna, lavadora.

Media Casas y departamentos, que cuentan con uno odos baos, jardn de 15 a 35 m2y tinaco.

PopularVecindades y casas habitadas por una o variasfamilias, que cuentan con jardn de 2 a 8 m2, conun bao o compartindolo.

2.1.2 Consumo no-domstico

Consumo comercial

Es el que se utiliza en zonas de comercios y servicios por personas que no habitanen ellas.

De acuerdo al tipo de actividad comercial del consumidor, se ha encontrado que losconsumos varan en los rangos mencionados en la tabla 5.5 de la segunda parte delpresente manual.

Consumo industrial

Este consumo lo constituye el agua de uso para empresas, fbricas y hoteles; sedetermina en funcin del tipo de industria.

Considerando el tipo de actividad Industrial, el consumo se divide en dos tipos: a)Industrial de servicios y, b) Industrial de produccin. En el primero se consideran loshoteles y el consumo personal de los empleados, con consumos que varan deacuerdo con los datos de las tablas 5.6 a 5.8 y los segundos, de acuerdo al tipo deindustria que se trate (en la tabla 5.7a se dan algunos valores).

Es comn encontrar industrias en las que, el suministro de agua se complementa

con fuentes auxiliares, con lo que se logra disminuir el consumo de agua municipal.En estos casos ser necesario, determinar la cantidad de agua de la red municipalque se destinar, para tal fin, y cunta ser proporcionada por dichas fuentes, paraque en el gasto de diseo se considere, slo el volumen que abastecer la red.

Usos pblicosEs el agua que se utiliza en instalaciones de salud, educacin, recreacin,seguridad, riego de parques y jardines, combate de incendios, etc. (ver tabla 5.8). En

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pequeas localidades, salvo casos especiales, se considera innecesario proyectarsistemas de abastecimiento de agua potable que incluyan proteccin contraincendios. En localidades medianas o grandes, el problema debe ser estudiado y

justificado en cada caso, de acuerdo con las caractersticas particulares, encoordinacin con el H. Cuerpo de Bomberos, y en su caso considerar los valores que

se dan en la tabla 5.9.La Comisin Nacional del Agua ha editado la Norma Tcnica NT-008-CNA-2001Determinacin de Consumos Unitarios de Agua Potable que explica losprocedimientos a seguir para este fin.

2.2 DEMANDA

2.2.1 Demanda actual

La demanda actual es la suma de los consumos para cada tipo de usuario ms lasprdidas fsicas.

Los consumos por tipo de usuarios se obtienen:

Consumo domstico.- Multiplicando el consumo, per cpita de cada sectorsocioeconmico por la poblacin correspondiente.

Consumo comercial.- Producto del consumo de cada local por el total de locales, delos comercios existentes en el sistema.

Consumo industrial de servicios.- Se obtiene de multiplicar los consumos de cadatrabajador por el total de trabajadores de cada una de las industria de la localidad.En el caso de hoteles, ser el consumo de cada cuarto, por el nmero total decuartos.

Consumo industrial de produccin.- Se obtiene en forma particular de cada industriade acuerdo con sus necesidades, o bien multiplicando el consumo por unidad deproduccin por su volumen de produccin de cada fbrica.

Consumos pblicos.- Producto del consumo, en hospitales y escuelas, de cadapaciente o estudiante por el total de enfermos o alumnos, respectivamente; tambin,habr que considerar el consumo de parques y servicios contra incendio, cuandosea el caso.

Prdidas de agua.- Volumen que se pierde en el sistema de distribucin, obtenidocomo se indica en el inciso 2.2.2.

La demanda es funcin de factores como: clase socioeconmica, porcentaje depoblacin de cada estrato socioeconmico, tamao de la poblacin, clima, existenciade alcantarillado sanitario, tipo de abastecimiento, calidad del agua y costo del agua.

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Clase socioeconmica: la demanda crece conforme se incrementa el niveleconmico de la poblacin, debido a que cambian los hbitos de uso del agua.

Porcentaje de cada clase socioeconmica: En general a mayor proporcin de niveles

residenciales la demanda se incrementa.Tamao de la poblacin: la demanda aumenta a medida que la poblacin de unaciudad o regin se incrementa, debido a que crecen sus requerimientos de aguapara uso pblico e industrial.

Caractersticas de la poblacin: el consumo per cpita depender de la actividadprincipal y costumbres de la poblacin.

Clima: la demanda de agua aumenta en poblaciones donde la temperatura es mselevada que en las zonas templadas.

Existencia de alcantarillado: Cuando la comunidad cuenta con sistemas desaneamiento que utilizan, alcantarillado para la disposicin de sus desechos, seincrementa la demanda de agua potable.

Tipo de abastecimiento: la demanda en poblaciones que cuentan con un sistemaformal de abastecimiento, es mayor que en aquellas que cuentan con un sistemams rudimentario.

Calidad del agua: la demanda de agua es mayor cuando su calidad es buena ya quese diversifican sus usos.

Precio del agua: al aumentar el precio del agua, disminuye la demanda.

2.2.2 Prdidas fsicas

Las prdidas fsicas se refieren al agua que se escapa por fugas en lneas deconduccin, tanques, red de distribucin, y tomas domiciliarias.

En estudios de campo (ref. 6), se ha definido que estas prdidas se determinan apartir de muestreos de inspeccin y aforo (fugas en tomas domiciliarias); de medicinen sectores controlados, llamados distritos hidromtricos (fugas en tuberas

principales y secundaras y prdidas en tomas clandestinas); y de verificacin de ungrupo de micromedidores domiciliarios (prdidas por mala medicin).

El volumen diario de prdidas fsicas, Vp, que se considera para el clculo de lasdemandas y dotaciones ser el obtenido con la ecuacin 2.1.

ftfrp VVV += (2.1)

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donde:

Vp= Volumen de prdidas, en m3.

Vfr= Volumen de fugas en red, en m3.

Vft= Volumen de fugas en tomas domiciliarias, en m3.

Las prdidas de agua dependen de factores tales como: la presin de trabajo, lacalidad de la tubera y los accesorios, el proceso constructivo, el tipo de material, laantigedad de los elementos del sistema y el mantenimiento preventivo y correctivoque se les practique a los elementos del sistema.

Las consideraciones que sirven para orientar al proyectista, en la evaluacin de losporcentajes de las prdidas, son las siguientes:

Si se dispone de presupuesto y tiempo, establecer el valor de las prdidas con baseen un estudio de Evaluacin de Fugas.

Considerar un valor promedio del volumen diario de prdidas, obtenido de acuerdo auna o varias localidades similares en cuanto a nivel socioeconmico, tamao depoblacin, ocurrencia del fugas, etc., que ya dispongan de un estudio similar al delprrafo anterior.

En caso de no disponer de informacin, se puede considerar un valor comprendidoentre el 40 % y el 60 % del volumen suministrado, que es el resultado del estudio decampo de 21 ciudades de la Repblica Mexicana (Ref. 6)

De acuerdo con experiencias nacionales e internacionales, se estima que enlocalidades donde se tenga implementado un programa de deteccin y control defugas, se puede aspirar a reducir el porcentaje de fugas entre el 1 % y el 2 %anualmente; razn por la que se puede esperar que en el mediano plazo (5 a 10aos) las fugas sean del orden de 30%.

En ciudades que desarrollan un programa de deteccin y control de fugas de maneraeficaz y eficiente, las prdidas pueden disminuirse en un 20 % (5 a 10 aos), hastareducirse a un nivel del 20%, que es el resultado obtenido en algunas ciudadeseuropeas y nacionales.

En ciudades de pases muy desarrollados como es el caso de algunas de EstadosUnidos y Canad se ha logrado obtener hasta porcentajes de prdidas del 15 % yan menores.

2.2.3 Prediccin de la demanda

Para efectos de diseo es importante determinar la demanda futura. Esta demandase calcula con base en los consumos de las diferentes clases socioeconmicas, la

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actividad comercial, industrial, la demanda actual, el pronstico de crecimiento de lapoblacin y su actividad econmica.

Para la prediccin de la demanda se debe considerar lo siguiente:

La proyeccin del volumen domstico total se realiza multiplicando los valores de lasproyecciones de poblacin de cada clase socioeconmica, por sus correspondientesconsumos per cpita para cada ao, dentro del horizonte de proyecto.

Cuando las demandas comercial, industrial y turstica sean poco significativas conrelacin a la demanda domstica, y no existan proyectos de desarrollo para estossectores, las primeras quedan incluidas en la demanda domstica.

Cuando las demandas de los sectores comercial, industrial y turstico seanimportantes, debern considerarse las tendencias de crecimiento histrico con loscensos econmicos o con proyectos de desarrollo, del sector pblico o de lainiciativa privada, y se aplicarn los consumos de cada sector a las proyeccionescorrespondientes.

Por lo que se refiere a las prdidas fsicas de agua, su valor se estima a partir de sucomportamiento histrico tomando en cuenta los proyectos de mantenimiento yrehabilitacin probables, as como el establecimiento de un programa de control defugas.

2.3 DOTACIN

La dotacin es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando todos

los consumos de los servicios y las prdidas fsicas en el sistema, en un da medioanual; sus unidades estn dadas en l/hab/da.

La dotacin media de la localidad se obtiene a partir de un estudio de demandas(secciones 2.4.2 y 2.4.3 de la segunda parte), dividiendo el consumo total, queincluye servicio domstico, comercial, industrial y de servicios pblicos, y lasprdidas fsicas de agua, entre el nmero de habitantes de la localidad. Cabe hacerla aclaracin que para el diseo de los elementos de un sistema de agua potable, secalcular la dotacin particular que le corresponde a cada zona (habitacional:residencial, media o popular; comercial o industrial).

Para determinar la demanda de agua potable de una ciudad deben considerarsefactores como: tamao de la ciudad, distribucin de la poblacin por estratosocieconmico, clima y sus variaciones en el ao, existencia de alcantarillado, yotros. Una especial importancia en este determinacin reviste el concepto deelasticidad de la demandaque expresa la reaccin de los usuarios cuando cambiaalgn parmetro de influencia (como precio unitario del producto, ingreso familiar,clima, etc.). La elasticidad de la demanda es un parmetro esencial en el estudio de

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evaluacin socioeconmica, que ahora es necesario para justificar la necesidad decualquier proyecto de agua potable.

La Comisin Nacional del Agua ha editado la Norma Tcnica NT-009-CNA-2001Clculo de la Demanda de Agua Potable que explica los procedimientos a seguir

para este fin, as como documentos para la evaluacin socioeconmica deproyectos.

2.4 COEFICIENTES DE VARIACIN

Los coeficientes de variacin se derivan de la fluctuacin de la demanda debido a losdas laborables y otras actividades.

Los requerimientos de agua para un sistema de distribucin no son constantesdurante el ao, ni el da, sino que la demanda vara en forma diaria y horaria. Debidoa la importancia de estas fluctuaciones para el abastecimiento de agua potable, es

necesario obtener los gastos Mximo Diario y Mximo Horario, los cuales sedeterminan multiplicando el coeficiente de variacin diaria por el gasto medio diario yel coeficiente de variacin horaria por el gasto mximo diario respectivamente. Latabla 2.2 muestra los gastos utilizados para el diseo de las estructuras en lossistemas de abastecimiento de agua potable.

Tabla 2.2 Gasto de diseo para estructuras de agua potable

TIPO DE ESTRUCTURA DISEO CONGASTO MXIMO

DIARIO

DISEO CONGASTO MXIMO

HORARIO

Fuentes de abastecimiento XObra de captacin XLnea de conduccin antes deltanque de regulacin

X

Tanque de regulacin XLnea de alimentacin a la red XRed de distribucin X

Para la obtencin de los coeficientes de variacin diaria y horaria lo adecuado es:

Hacer un estudio de demanda de la localidad, utilizando los criterios descritos en elestudio de "Actualizacin de dotaciones en el pas" (ref. 3).

Si no se puede llevar a cabo lo anterior,

Considerar los valores de los coeficientes de variacin diaria y horaria mediosque se obtuvieron del estudio de "Actualizacin de dotaciones en el pas"llevado a cabo por el Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (ref. 3); en

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donde se determin la variacin del consumo por hora y por da durante unperodo representativo en cada una de las estaciones del ao, calculndoselos coeficientes por clase socioeconmica y por clima.

Del anlisis de la informacin de este trabajo, se identific que no haba una

diferencia significativa entre el tipo de usuario, clima y estaciones del ao, porlo que se pueden utilizar los valores promedio, que se dan a continuacin:

Tabla 2 3. Coeficiente de variacin diaria y horaria

CONCEPTO VALORCoeficiente de variacin diaria (CVd) 1.40Coeficiente de variacin horaria (CVh) 1.55

2.5 GASTOS DE DISEO

2.5.1 Gasto medio diario

El gasto medio es la cantidad de agua requerida para satisfacer las necesidades deuna poblacin en un da de consumo promedio.

El gasto medio diario es:

400,86

DPQmed= (2.2)

donde:

Qmed= Gasto medio diario, en l/s.D = Dotacin, en I/hab/da.P = Nmero de habitantes.86,400 = segundos/da

2.5.2 Gastos mximos diario y horario

Los gastos mximo diario y mximo horario, son los requeridos para satisfacer lasnecesidades de la poblacin en un da de mximo consumo, y a la hora de mximoconsumo en un ao tipo, respectivamente.Los gastos mximo diario y mximo horario se obtienen a partir del gasto medio conlas expresiones 2.3 y 2.4:

meddMd QCVQ .= (2.3)

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MdhMh QCVQ .= (2.4)

Donde:

QMd= Gasto mximo diario, en l/s.QMh= Gasto mximo horario, en l/s.CVd= Coeficiente de variacin diaria .CVh= Coeficiente de variacin horaria.Qmed= Gasto medio diario, en l/s.

2.6 VELOCIDADES MXIMA Y MNIMA

Las velocidades permisibles del lquido en un conducto estn gobernadas por lascaractersticas del material del conducto y la magnitud de los fenmenos transitorios.Existen lmites tanto inferiores como superiores. La velocidad mnima deescurrimiento se fija, para evitar la precipitacin de partculas que arrastre el agua.La velocidad mxima ser aquella con la cual no deber ocasionarse erosin en lasparedes de las tuberas. En la tabla 2.4 se presentan valores de estas velocidadespara diferentes materiales de tubera (ref. 7).

Tabla 2.4. Velocidades mxima y mnima permisibles en tuberas

VELOCIDAD (m/s)MATERIAL DE LA TUBERA

MXIMA MNIMAConcreto simple hasta 45 cm de dimetro 3.00 0.30Concreto reforzado de 60 cm de dimetro o

mayores3.50 0.30

Concreto presforzado 3.50 0.30Acero con revestimiento 5.00 0.30Acero sin revestimiento 5.00 0.30Acero galvanizado 5.00 0.30Asbesto cemento 5.00 0.30Fierro fundido 5.00 0.30Hierro dctil 5.00 0.30Polietileno de alta densidad 5.00 0.30PVC (policloruro de vinilo) 5.00 0.30

Nota: Las velocidades altas incrementan la magnitud de los fenmenos transitorios. La velocidad

mxima en la tabla es considerando que se han resuelto los problemas asociados a fenmenostransitorios. En el libro Fenmenos transitorios en lneas de conduccinde este Manual de AguaPotable, Alcantarillado y Saneamiento se explican los estudios correspondientes.

R

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2.7 CLCULO DE PRDIDAS DE ENERGA

2.7.1 Prdidas de carga por friccin

Se ha determinado que en el diseo de conductos a presin de sistemas de aguapotable, para obtener de las prdidas de energa se utilice el modelo de Darcy -Weisbach. Esto se debe a:

El modelo de Darcy-Weisbach tiene un fundamento terico, respecto al esfuerzocortante entre la pared de la tubera y el lquido, as como a la viscosidad del mismo.

Su rango de aplicacin no se restringe a las variables experimentales, como sucedecon los modelos experimentales de Hazen-Williams y Manning.

Este modelo considera a los tres tipos de regmenes de flujo (laminar, transicin y

turbulento), lo cual no ocurre con el modelo emprico de Hazen-Williams, y como seha podido observar en redes de agua potable y lneas de conduccin, se handetectado tramos en los que el flujo se comporta, en el rango de transicin oturbulento (ref. 8).

Debido a la, automatizacin por computadora del proceso de clculo de las redes deagua potable, se facilita el uso de modelos complicados, que en otro tiempo tuvieronque ser sustituidos por aproximaciones experimentales.

2.7.2 Ecuacin de Darcy-Weisbach

Se usar para el clculo de prdidas por friccin en el diseo de conductos a presinpara agua potable, la frmula:

g

v

D

Lfhf

2

2

= (2.5)

donde:

hf= Prdida de energa por "friccin", en mf = Factor de prdidas de carga por "friccin", adimensionalL = Longitud de la tubera, en mD = Dimetro interno del tubo, en mV = Velocidad media, en m/sg = Aceleracin de la gravedad; en m/ s2

Para encontrar el valor del factor de prdidas de carga por friccin f, se usa lasiguiente frmula, conocida como la ecuacin de Colebrook-White:

R

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+=fR

D

f e

51.2

71.3log2

1

(2.6)

donde:

f = Factor de prdidas de carga por friccin (adimensional) = Rugosidad, en mm (tabla 2.6)Re = Nmero de Reynolds, (adimensional)D = Dimetro interior del tubo, en mm

El nmero de Reynolds est dado por la expresin 2.7:

vDRe= (2.7)

donde:

V = Velocidad media en el conducto, en cm/sD = Dimetro interno del tubo, en cm= Viscosidad cinemtica del agua en cm2/s

La viscosidad cinemtica vara con la temperatura (ref. 10); para una temperaturade 20 C la viscosidad cinemtica del agua es 1 m2/seg (Figura 2.1).

Figura 2.1. Variacin de la viscosidad cinemtica del agua(

) con latemperatura (ref. 10)

R

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El factor de prdidas de carga fno puede ser obtenido directamente de la ecuacin(2.6), dado que interviene en las partes izquierda y derecha de la ecuacin. Lagrfica que se presenta en la Figura 2.2, conocida como Diagrama de Moody,permite obtener este valor directamente.

2.7.3 Ecuacin modificada de Colebrook - White

La ecuacin de Darcy-Weisbach se ha conocido desde un principio como la mejorformula para calcular las prdidas de energa por conduccin, sin embargo, por ladificultad que presenta la ecuacin de Colebrook - White para obtener el valor de f,principalmente en redes de tubos, ha ocasionado el uso generalizado de lasecuaciones empricas de Manning y de Hazen Williams en los sistemas de aguapotable.

Se han realizado varios estudios para obtener expresiones explcitas para el clculodel factor de prdida de carga f ajustado a los resultados de la ecuacin de

Colebrook - White y poder aprovechar las ventajas que tiene esta ecuacin.

A continuacin se presentan dos expresiones que arrojan valores de fmuy similaresa los de la ecuacin de Colebrook - White (ref. 16):

Ecuacin de Swamme y Jain:

2

90.0

74.5

71.3log

25.0

+

=

eR

D

f

(2.8)

Ecuacin de Guerrero:

2

71.3log

25.0

+

=

T

eR

GD

f

(2.9)

donde:G = 4.555 y T = 0.8764 para 4000 Re10

5G = 6.732 y T = 0.9104 para 105Re3 x 10

6G = 8.982 y T = 0.9300 para 3 x 106Re 108

Para convertir los valores a cm2/s se debe multiplicar por 10,000.

Algunos valores de la rugosidad de los materiales se presentan en la tabla 2.5.

R

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Figura 2.1. Coeficiente de friccin para cualquier tipo y tamao de tubo. (Diagrama univ


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Tabla 2.5. Rugosidad de algunos materiales (ref. 10)

MATERIAL en mmCobre, PVC, polietileno de alta densidad 0.0015Fiero fundido 0.005 a 0.03

Acero 0.04 a 0.10Asbesto cemento 0.025 a 0.030Concreto 0.16 a 2.0

Notas: Para fiero fundido nuevo el valor de ser de 0.005; cuando se use fiero fundido oxidado serde 0.030.

Con concreto liso el valor de ser de 0.16; si se tiene concreto spero ser de 2.0.

2.7.4 Variacin del coeficiente de friccin con la edad de la tubera

Los experimentos hechos con tuberas de varios materiales, que han sido utilizadaspor largo tiempo, con frecuencia muestran valores de coeficientes de prdida decarga por friccin mucho mayores que los dados para conductos nuevos. Esto sedebe al aumento de la rugosidad o incrustacin gradual de la tubera, por laacumulacin de protuberancias de oxidacin o de otros materiales sobre las paredesde la tubera.

El deterioro de la tubera con la edad de la misma depende de la calidad del agua ydel tipo de material, por lo cual el tiempo no es el nico factor que influye en esteproblema.

Las tuberas de dimetro pequeo se deterioran ms rpidamente que las dedimetro ms grande, debido al efecto proporcionalmente mayor de la resistencia delas paredes ya que el rea de la seccin queda reducida rpidamente por lasincrustaciones.

El Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua realiz en el ao de 1991 (ref. 8)mediciones de gasto y presin en los acueductos y conducciones de las ciudades deChihuahua, Chih., Hidalgo del Parral, Chih., Ciudad Jurez, Chih. y Tuxtla Gutirrez,Chis., con el objetivo de evaluar el coeficiente de friccin para tuberas de asbestocemento con diferentes edades de operacin.

Se determinaron los coeficientes de friccin para, tuberas de asbesto cemento dediferentes clases, dimetros nominales desde 10" (254 mm) hasta 30" (762 mm) ycon edades de operacin desde 0.3 hasta 34 aos. En la Figura 2.2 se muestra unagrfica que representa los resultados antes expuestos, as como la variacin de "f',para otros materiales, obtenidos de estudios similares realizados en los EstadosUnidos de Norteamrica para tuberas de hierro dctil y acero.

R

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Los resultados obtenidos en la Figura 2.2 sirven para ilustrar la variacin delcoeficiente "f" con la edad de la tubera. En virtud de que adems de sta,intervienen diversos factores, que influyen en su comportamiento como se mencionanteriormente, cada caso deber ser considerado en forma particular, cuando serealice una revisin del funcionamiento hidrulico de las tuberas de la red.

Figura 2.2. Variacin del coeficiente de friccin f para aplicarse en la frmulade Darcy, con la edad de la tubera para diferentes materiales.

Al revisar la capacidad de la infraestructura existente, se deber tomar el valor realde los coeficientes de friccin, para que el clculo est ms acorde con elfuncionamiento.

2.8 COEFICIENTES DE REGULACIN

La regulacin tiene por objeto cambiar el rgimen de suministro (captacinconduccin), que normalmente es constante, a un rgimen de demandas (de la redde distribucin), que siempre es variable.

R

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23

El tanque de regulacin es la estructura destinada para cumplir esta funcin, y debeproporcionar un servicio eficiente, bajo normas estrictas de higiene y seguridad,procurando que su costo de inversin y mantenimiento sea mnimo.

Adicionalmente a la capacidad de regulacin, se puede contar con un volumen extra

y considerarlo para alimentar a la red de distribucin en condiciones de emergencia(incendios, desperfectos en la captacin o en la conduccin, etc.). Este volumendebe justificarse plenamente en sus aspectos tcnicos y financieros.

La capacidad del tanque est en funcin del gasto mximo diario y la ley dedemandas de la localidad, calculndose ya sea por mtodos analticos o grficos.

El coeficiente de regulacin, est en funcin del tiempo (nmero de horas por da) dealimentacin de las fuentes de abastecimiento al tanque requirindose almacenar elagua en las horas de baja demanda, para distribuirla en las de alta demanda.

Figura 2.3 Variacin de la demanda

La capacidad de regulacin vara si se cambia el horario de alimentacin (obombeo), aun cuando permanezca constante el nmero de horas de alimentacin. Sise bombeara 20 horas de las 0 a las 20 horas el coeficiente de regulacin resulta de12.57, diferente al valor de 8.97 obtenido para 20 horas con horario de las 4 a las 24horas (tabla 2.8).

R

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24

Es por ello importante tomar en consideracin para el clculo de la capacidad de lostanques, el nmero de horas, de alimentacin o, bombeo, como su horario, el cualestar en funcin de las polticas de operacin y los costos de energa elctrica, loscuales son mayores en las horas de mxima demanda (horas, pico).

La CNA y el IMITA analizaron demandas para diferentes ciudades del pas (ref. 3).Asimismo, el Banco Nacional Hipotecario Urbano y de Obras Pblicas, S.A.,actualmente Banco Nacional de Obras y Servicios Pblicos (BANOBRAS), elaborun estudio en la ciudad de Mxico. Las variaciones del consumo promedio,expresadas como porcentajes horarios del gasto mximo diario se muestran en laFigura 2.4, y para la ciudad de Mxico en la Figura 2.5.

Con la informacin obtenida, se realiz el clculo para determinar los coeficientes deregulacin, en donde se consider abastecimiento durante las 24 horas del da.Despus, en dichos estudios se vari el tiempo de abastecimiento, analizando 20 y16 horas por da. Tomando en cuenta la variacin horaria en la demanda, resultaque los ms convenientes para estos casos de bombeo son:

Para 20 horas de bombeo: de las 4 a las 24 horas.Para 16 horas de bombeo: de las 5 a las 21 horas.

Para calcular los coeficientes de regulacin (R) se utiliza el mtodo indicado en elcaptulo 3.2 de la segunda parte; en las tablas 2.6 a 2.8 se dan ejemplos paratiempos de suministro al tanque de 24 y 20 horas al da respectivamente con lasvariaciones de consumos de la Figura 2.4.

Figura 2.4. Variacin del gasto horario (ref. 3)

R

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25

Figura 2.5. Variacin del gasto horario en la Ciudad de Mxico (BANOBRAS)

R

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26

Tabla 2.6. Valores para las Figuras 2.4 y 2.5

Figura 2.4 Figura 2.5

Hora

Variacin del

gasto horario(%) Hora

Variacin del

Gasto horario(%)

0-1 60.6 0-1 61.01-2 61.6 1-2 62.02-3 63.3 2-3 60.03-4 63.7 3-4 57.04-5 65.1 4-5 57.05-6 62.8 5-6 56.06-7 93.8 6-7 78.07-8 119.9 7-8 138.0

8-9 130.7 8-9 152.09-10 137.2 9-10 152.010-11 134.3 10-11 141.011-12 132.9 11-12 138.012-13 128.6 12-13 138.013-14 126.6 13-14 138.014-15 121.6 14-15 138.015-16 120.1 15-16 141.016-17 119.6 16-17 114.017-18 115.1 17-18 106.0

18-19 112.1 18-19 102.019-20 105.6 19-20 91.020-21 90.1 20-21 79.021-22 78.4 21-22 73.022-23 71.0 22-23 71.023-24 65.1 23-24 57.0

R

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27

Tabla 2.7. Coeficiente de regulacin para suministro de 24 horas/da

DEMANDAS (SALIDAS)

HORAS DEMANDA

HORARIA EN %

DIFERENCIASDIFERENCIAS

ACUMULADAS0-1 100 60.60 39.40 34.901-2 100 61.60 38.40 77.802-3 100 63.30 36.70 114.503-4 100 63.70 36.30 150.804-5 100 65.10 34.90 185.705-6 100 82.80 17.20 202.906-7 100 93.80 6.20 209.107-8 100 119.90 -19.90 189.208-9 100 130.70 -30.70 158.509-10 100 137.20 -37.20 121.30

10-11 100 134.30 -34.30 87.0011-12 100 132.90 -32.90 54.1012-13 100 128.80 -28.80 25.3013-14 100 126.60 -26.60 -1.3014-15 100 121.60 -21.60 -22.9015-16 100 120.10 -20.10 -43.0016-17 100 119.60 -19.60 -62.6017-18 100 115.10 -15.10 -77.7018-19 100 112.10 -12.10 -89.8019-20 100 105.60 -5.60 -95.40 *

20-21 100 90.10 9.90 -85.5021-22 100 78.40 21.60 -63.9022-23 100 71.00 29.00 34.9023-24 100 65.10 34.90 0

TOTAL 2400 2400

Qmd= Gasto mximo diarioC = Capacidad de regulacinR = Coeficiente de regulacin

ct = 209.1 + 95.4 = 304.50

R = (304.50/100)(3600/1000) = 10.96, se aproximar a 11.0

C = 11.00 Qmd

R

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28

Tabla 2.8. Coeficiente de regulacin para suminist ro de 20 horas/da

(de las 4 a las 24 horas).

DEMANDAS (SALIDAS)

HORAS

DEMANDA

HORARIA EN % DIFERENCIAS

DIFERENCIAS

ACUMULADAS0-1 0 60.60 -60.60 -60.601-2 0 61.60 -61.60 -122.202-3 0 63.30 -63.30 -185.503-4 0 63.70 -63.70 -249.204-5 120 65.10 54.90 -194.305-6 120 82.80 37.20 -157.106-7 120 93.80 26.20 -130.907-8 120 119.90 0.10 -130.808-9 120 130.70 -10.70 -141.50

9-10 120 137.20 -17.20 -158.7010-11 120 134.30 -14.30 -173.0011-12 120 132.90 -12.90 -185.9012-13 120 128.80 -8.80 -194.7013-14 120 126.60 -6.60 -20t.3014-15 120 121.60 - 1.60 -202.9015-16 120 120.10 -0.10 -203.0016-17 120 119.60 0.40 -202.6017-18 120 115.10 -4.90 -197.7018-19 120 112.10 -7.90 -189.8019-20 120 105.60 -14.40 -175.40

20-21 120 90.10 29.90 -145.5021-22 120 78.40 41.60 -103.9022-23 120 71.00 49.00 -54.9023-24 120 65.10 54.90 0

TOTAL 2400 2400

Qmd = Gasto mximo diario

C = Capacidad de regulacin

R = Coeficiente de regulacin

ct = 249.2

R = (249.2/100)(3600/1000) = 8.97, se aproximar a 9.0

C = 9.00 Qmd

R

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Cuando se modifique el horario de bombeo a un periodo menor de 24 h/ da, se debecambiar el gasto de diseo de la fuente de abastecimiento y conduccin,incrementndolo proporcionalmente a la reduccin del tiempo de bombeo; el gastode diseo se obtiene con la expresin:

b

Mdd

tQQ 24= (2.10)

donde:

Qd= Gasto de diseo en l/sQMd= Gasto mximo diario en l/sTb= Tiempo de bombeo en horas/ da

Para cualquier alternativa de reduccin del tiempo de bombeo, se debe considerar

que habr un incremento en los costos de la infraestructura de la conduccin yfuente de abastecimiento, y esta ltima deber satisfacer el incremento de caudal.

En la tabla 2.9 se muestran a manera de ejemplo algunos coeficientes de regulacincalculados a partir de la curva de la Figura. 2.3 de las ciudades estudiadas. Cuandono se conoce la ley de demandas de una localidad en particular, se aplican estosvalores.

Tabla 2.9. Coeficiente de regulacin (ref. 3).

TIEMPO DE SUMINISTRO ALTANQUE

(hr)

COEFICIENTE DE REGULACIN (R)

24 11.020 (De las 4 a las 24 hrs.) 9.016 (De las 5 a las 21 hrs.) 19.0

De la misma manera. En la tabla 2.10 se muestran los valores de coeficientes deregulacin para la ciudad de Mxico, para diferentes tiempos de bombeo (ref. 7).

Tabla 2.10. Coeficientes de regulacin para la ciudad de Mxico

TIEMPO DE SUMINISTRO AL

TANQUE(hr) COEFICIENTE DE REGULACIN (R)

24 14.320 (De las 4 a las 24 hrs.) 9.616 (De las 6 a las 22 hrs.) 17.3

Entonces, la capacidad del tanque de regulacin se determina con la ecuacin 2.11,ms el volumen considerado para situaciones de emergencia.

R

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30

MdRQC= (2.11)

donde:

C = Capacidad del tanque, en m3

.R = Coeficiente de regulacin.QMd= Gasto mximo diario, en l/s.

2.9 ZANJAS PARA INSTALACIN DE TUBERAS

Las tuberas se instalan sobre la superficie o enterradas, dependiendo de latopografa, clase de tubera y tipo de terreno.

Para obtener la mxima proteccin de las tuberas se recomienda que stas seinstalen en zanja. Adems de la proteccin contra el paso de vehculos, el tipo deinstalacin que se adopte, debe considerar otros factores relacionados con laproteccin de la lnea, como son el deterioro o maltrato de animales, la exposicin alos rayos solares, variacin de la temperatura, etc.

2.9.1 Ancho y profundidad de la zanja

Para determinar el ancho de la zanja para alojar las tuberas, se har con cualquierade los siguientes criterios:

Para tuberas con dimetro exterior menor a 50 cm, el ancho de la zanja ser el

dimetro exterior ms 50 cm.

Para tuberas con dimetro exterior mayor o igual a 50 cm, el ancho ale la zanja serel dimetro exterior ms 60 cm.

Los anchos de zanja que resulten de los clculos se debern redondear a mltiplosde cinco.

En la tabla 2.11 se presentan anchos de zanja que en general cumple con estoscriterios, sin embargo los valores se deben verificar.

Es indispensable que a la altura del lomo del tubo, la zanja tenga realmente el anchoque se indica en el tabla 2.11; a partir de este punto puede drsele a sus paredes eltalud necesario para evitar el empleo de ademe. Si resulta conveniente el empleo deademe, el ancho de la zanja debe ser igual al indicado en la tabla 2.11 ms el anchoque ocupe el ademe.

R

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31

La profundidad mnima ser de 70 cm en tuberas de hasta 51 mm de dimetro y enadelante ser igual al dimetro exterior del tubo, ms 5 cm, ms el colchn indicadoen la tabla 2.11.

Por lo que se refiere a la profundidad mxima, esta variar en funcin de las

caractersticas particulares de la resistencia de la tubera que se trate, tomando encuenta el factor de carga proporcionado por la plantilla de apoyo que se use ("A" o"B"), el peso volumtrico del material de relleno y la carga viva en la superficie.

Tabla 2.11. Dimensiones de zanjas y planti llas para tubera de

agua potable y alcantarillado

DIMETRO NOMINAL

(cm) (pulgadas)

ANCHOBd

(cm)

PROFUNDIDADH

(cm)

ESPESOR DELA PLANTILLA

(cm)

VOLUMEN DEEXCAVACIN

(m/m)2.5 1 50 70 5 0.353.8 1 55 70 5 0.39

5.1 2 55 70 5 0.396.3 2 60 100 7 0.607.5 3 60 100 7 0.6010.0 4 60 105 10 0.6315.0 6 70 110 10 0.7720.0 8 75 115 10 0.8625.0 10 80 120 10 0.9630.0 12 85 125 10 1.0635.0 14 90 130 10 1.1740.0 16 95 140 10 1.3345.0 18 110 145 10 1.6050.0 20 115 155 11 1.78

61.0 24 130 165 13 2.1576.0 30 150 185 14 2.7791.0 36 170 210 15 3.57107.0 42 190 230 17 4.37122.0 48 210 245 20 5.14162.0 60 250 300 23 7.50183.0 72 280 340 27 9.52213.0 84 320 380 30 12.16244.0 98 350 415 34 14.53

Nota: En la Figura 2.5 se presenta un esquema del relleno de la zanja y de la plantilla.

En el caso de tuberas de materiales como asbesto-cemento y PVC, deberobservarse lo siguiente:

La tubera de asbesto-cemento debe alojarse en zanja para obtener la mximaproteccin y slo en casos excepcionales se podr instalar superficialmentegarantizando su proteccin y seguridad.

En el caso de tuberas de PVC su instalacin se har siempre en zanja.

R

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32

Por otro lado, las tuberas de acero, fierro galvanizado (FoGo), concreto y hierrodctil se podrn instalar superficialmente garantizando su proteccin y seguridad.

2.9.2 Planti lla o cama

Deber colocarse una cama de material seleccionado libre de piedras, para elasiento total de la tubera, de tal forma que no se provoquen esfuerzos adicionales asta.

La plantilla o cama consiste en un piso de material fino, colocado sobre el fondo dela zanja, que previamente ha sido arreglado con la concavidad necesaria paraajustarse a la superficie externa inferior de la tubera, en un ancho cuando menosigual al 60% de su dimetro exterior (Figura 2.6). El resto de la tubera debe sercubierto hasta una altura de 30 cm arriba de su lomo con material granular finocolocado a mano y compactado cuidadosamente con equipo manual y humedad

ptima, llenando todos los espacios libres abajo y adyacentes a la tubera(acostillado). Este relleno se hace en capas que no excedan de 15 cm de espesor(Figura 2.6). El resto de la zanja podr ser rellenado a volteo, o compactado segnsea el caso: si la tubera se instala en zona urbana con trnsito vehicular intensotodo el relleno ser compactado, y si se instala en zonas con poco trnsito vehicularo rurales ser a volteo.

Se excavar cuidadosamente las cavidades o conchas para alojar la campana ocople de las juntas de los tubos, con el fin de permitir que la tubera se apoye en todasu longitud sobre el fondo de la zanja o de la plantilla apisonada.

Los espesores de plantilla (h) para tuberas de agua potable se muestran en la tabla2.11; el espesar mnimo sobre el eje vertical de la tubera ser de 5 cm. En caso deinstalar tubera de acero y si la superficie del fondo de la zanja lo permite, no esnecesaria la plantilla. En lugares excavados en roca o tepetate duro, se preparar laplantilla de material suave que pueda dar un apoyo uniforme al tubo, con tierra oarena suelta.

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Figura 2.6 Relleno de zanja

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3. PROYECTOS DE ALCANTARILLADO SANITARIO

3.1 APORTACIN DE AGUAS RESIDUALES

Es el volumen diario de agua residual entregado a la red de alcantarillado. Lamayora de los autores e investigadores estn de acuerdo en que la aportacin es unporcentaje del valor de la dotacin, ya que existe un volumen de lquido que notributa a la red de alcantarillado, como el utilizado para el consumo humano, riego de

jardines, lavado de coches, etc.

Considerando lo anterior, se adopta como aportacin de aguas negras el 75% de ladotacin de agua potable (en l/hab/da), considerando que el 25% restante seconsume antes de llegar a las atarjeas. La CNA, est llevando a cabo mediciones deaportaciones en algunas ciudades del pas, una vez concluido este estudio, se darn

a conocer los resultados.En las localidades que tienen zonas industriales con un volumen considerable deagua residual, se debe obtener el porcentaje de aportacin para cada una de estaszonas, independientemente de las anteriores.

Al igual que en los consumos, el clculo de las aportaciones se realiza para lascondiciones actual y futura de la localidad.

3.2 GASTOS DE DISEO

Los gastos que se consideran en los proyectos de alcantarillado son: medio, mnimo,mximo instantneo y mximo extraordinario. Los tres ltimos se determinan a partirdel primero.

3.2.1 Gasto medio

Es el valor del caudal de aguas residuales en un da de aportacin promedio al ao.

La CNA considera que el alcantarillado deben construirse hermticamente (ref. 11),por lo que no se adicionar al caudal de aguas negras el volumen por infiltraciones.

En funcin de la poblacin y de la aportacin (ref. 14), el gasto medio de aguasnegras en cada tramo de la red, se calcula con:

400,86

PAQ PMED= (3.1)

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donde:.

QMED= Gasto medio de aguas negras en l/s.AP= Aportacin de aguas negras en l/hab/daP = Poblacin, en nmero de habitantes.

86,400 = segundos / da.Para localidades con zonas industriales, que aportan al sistema de alcantarilladovolmenes considerables, de acuerdo al inciso 3.1, se debe adicionar al gastomedio, el gasto de aportacin obtenido.

3.2.2 Gasto mnimo

El gasto mnimo, Qmin(ecuacin 3.2) es el menor de los valores de escurrimiento quenormalmente se presenta en un conducto. Se acepta que este valor es igual a lamitad del gasto medio.

MEDQQ 5.0min = (3.2)

En la tabla 3.1 se muestran valores del gasto mnimo que tambin pueden serusados en el diseo de atarjeas. Se observa que el lmite inferior es de 1.5 l/s, lo quesignifica que en los tramos iniciales de las redes de alcantarillado, cuando resultenvalores de gasto mnimo menores a 1.5 l/s, se debe usar este valor en el diseo.

Tabla 3.1. Gasto mnimo de aguas residuale

norma para calculo de poblacion

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