saneamiento 9 exposicion
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CONSIDERACIONES y CALCULOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE
a) Determinación del Período de DiseñoEs usual elegir un período de vida útil entre 15 y 25 años quedando a criterio del proyectista tomar esta decisión, dependiendo esto de: una vida útil de estructuras, posibilidad de ampliaciones, incremento o decrecimiento poblacional.
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b) Estimación de la Población de DiseñoEsta población es la futura, calculada en base a la población actual y período de diseño optado.
METODO ARITMETICO:r = Pa − Pi n
Donde:r = Crecimiento anual promedio.Pa = Población actual (la del ultimo censo).Pi = Población del primer censo.n = Años transcurrido entre el primer censo y el último.
Enseguida se procede a calcular la población futura por medio de la expresión:
Pf = Pa + rNDonde:r = Crecimiento anual promedio (hab/año).Pa = Población actual ( la del ultimo censo ).Pf = Población futura (en función al periodo de diseño).N = Años transcurrido entre el primer censo y el de calculo.
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Método Geométrico Se considera que la población crece en forma semejante a un capital puesto a interés compuestoSe emplea cuando la población esta en sus inicios o en saturación, mas no en crecimiento sostenido.
( tf- ta)Pf = Pa *(1+ r)
Donde;Pf = Población FuturaPa = Población actualPi = Población inicialr = Factor de cambio o tasa de crecimiento anualtf = Tiempo futurota = Tiempo actualti = Tiempo inicial
r = (Pa/Pi) - 11/(ta-ti)
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Método de Interés Simple Se considera que la población de una localidad, tiene la tendencia al crecimiento similar a una tasa de interés simple
Pf= Pi (1 + r(tf- to))Donde;Pf = Población FuturaPi = Población inicialr = Razón de crecimientotf = Tiempo futuroti = Tiempo inicial
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Consumo Promedio Anual
c) Determinación del Consumo y Demanda de Dotación.Consumo: Es la determinada cantidad de agua que se asigna a cualquier uso.
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Demanda de Dotación.La dotación es variable de acuerdo a usos y costumbres de cada localidad según la norma del MINSA, se tiene:
Costa : Norte 70 L/h/d Sur 60 L/h/d
Sierra: Más de 1500 m.s.n.m. 50 L/h/dMenos de 1500 m.s.n.m. 60 L/h/d
Selva : 70 L/h/d
Esta dotación está en función al grado de cultura, actividad económica y condiciones de saneamiento de la localidad.
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d) Cálculo de Caudales de Diseño y Variaciones de Consumo
- Consumo Promedio Anual
Pf x Dot Qp = --------------- = (... lps) Fc = 1.2 86,400
- Consumo Máximo Diario: Se calcula con el 130% del consumo promedio anual sirve para diseñar tuberías y estructuras antes del reservorio e incluso el volumen del reservorio.
Qmd = K1Qp donde K1 = 1.3
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e) Consumo Máximo Horario:
Se estima como: 200% del consumo máximo diario no sirve para diseñar tuberías y estructuras después del Reservorio e incluso es tomado en cuenta para diseño de red de alcantarillado cuando corresponda.
Qmh = K2 Qp
donde K2= 1.8 a 2.5 zonas urbanas K2= 2.0 zonas Rurales
Qmh = 2.0 Qp
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CAPTACIONES DE AGUA
Fuentes de Agua:
• Superficiales: De ríos, canales, lagunas, represas.• Subterráneas: Manantes, galerías, pozos, napas freáticas, aguas subálveas.• Atmosféricas: Lluvias, humedad ambiental.
Tipos de sistemas de agua de abastecimiento:
• Por Gravedad• Por bombeo
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CAPTACIONES DE AGUA DE MANANTES:
¿Que son los Manantes?
Recomendaciones para su uso:
Son aguas subterráneas que afloran naturalmente a la superficie de la tierra.
• No alterar la calidad del agua, garantizando el libre escurrimiento hacia la cámara de toma.
• Limpiar las capas superficiales de tierra y barro encima del manante.• Proteger el área de captación con cercos o muros. Delimitar el área
de captación• Construir zanjas de coronación para evacuación de aguas
superficiales.
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Tipos de manantes:
Tipo Ladera Tipo Fondo
1.- Por su ubicación:• De ladera.• De fondo.
2.- Por su forma de afloramiento:• Concentrados.• Difusos.
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Consideraciones de diseño:
Calidad del Agua (ser apta para el consumo humano). Cantidad de agua (medición de caudal en época de estiaje y en máximas). Qminf > Qmd Evaluación del Acuífero (Rendimiento del acuífero o fuente cada mes). Derechos de usos de agua y disponibilidad:
o Cuotas de captación y uso otorgado por el ANA.o Caudal ecológico
Población, Dotación, Caudal de diseño. Prevención de riesgos.
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DISEÑO DE CAPTACIONES DE AGUA
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Diseño de la captación de un Manante:
Es necesario conocer:• Caudal mínimo de la fuente (Qminf) : 3.6 lps• Caudal máximo diario (Qmd) : 28.71 lps• Qminf < Qmd Buscar otra o mas fuentes
• Caudal máximo de la fuente (Qmaxf) : 8.6 lps• Asumir un Diámetro del orificio de entrada (D) = 2”• Calcular el Q ingreso a la captación (Qicap)• Q=AV (considerar V <= 0.6 m/seg.)• V = Cd 2gh = 0.81 2gh• h = 1.52 V² /Cd = 0.0278m. Recomendado asumir h = 0.40 m.• Entonces Qicap =
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Qicap: Para D = 2” = 0.0518m y h = 0.40 m
Q= pi D² Cd 2gh = 0.00478 m³/seg. = 4.78 lps. 4
Q = m³/segD = m.Cd = 0.81 orificios de pared gruesag = 9.81 m/seg.h = m. (0.4m recomendado).
Qicap < Qmaxf4.78 < 8.6 se aumentara el numero de orificios.
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Q=0.60 A 2gh Q=0.81 A 2gh
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Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda
L = h / 0.3 = 0.4 / 0.3 = 1.33
L = Distancia entre el afloramiento y la
Cámara húmeda (m).
h = Hf + hoh = Altura de carga sobre el orificio de
entrada.hmin = 40 cm.L = 1.33m. aproximando = 1.35
ho
Hf
h
L
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Calculo del ancho de la pantalla:Determinación del diámetro del orificio asumido = 2” (recomendado).
Calculo del numero de orificios (Na).
Qmaxf = AV = pi r² Cd (2gh)
dn = 4 Q = 4 A = 0.06252 m., para Qmaxf = 8.6 lps y h = 0.40 m. pi 2gh pi
Si dn > D (diámetro asumido) entonces: necesitamos + orificios
Na = Área del diámetro calculado + 1 ó (d/D)² + 1 = 2.2 a 2.5Área del diámetro asumido
Tomamos 3 orificios de 2”
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Calculo del ancho de la pantalla (b).
b = 2(6D) + Na D + 3D (Na + 1)
b = ancho de la pantallaNa = Número de orificiosD = diámetro asumido
b = 1.3986 = 1.40 m.
b
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Altura de la Cámara húmeda.Ht = A + B + H + D + EAltura de CaptaciónH = 1.52 V²/2g = 0.028m para V= 0.6m/segH = 1.52 V²/2g = Qmd²/ 2gA²H = (0.0086)² = 0.2755 m. 2 (9.81)(pi (0.0381)²)H = 27.55 cm. = 30 cm. Recomendable
Ht = 0.10 + 0.0762 + 0.30 + 0.05 + 0.30Ht = 0.8262 asumir = 1.0 m. min. a 1.50 m.
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Dimensionamiento de la canastilla:
Dcanastilla = 2 D tubería de salida.Dcanastilla = 2 (3”) = 6”Área total de ranuras >= 2 Área tubería de la línea de conducción.Área total de ranuras = 2 ( pi r²) = 0.00912 m²3Dc < L < 6 Dc9” < L < 18”L = 18”
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Tubería de rebose y limpia:
Las pendientes de las tubería deben ser de 1 a 1.5 %.Su diámetro D será:
D = 0.71 Q SD = pulgadas.Q = lps.S = m/m.Para C = 140 (PVC)D = 4.23” = 5”
0.38
0.21
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Línea de Conducción:Es un conjunto de tuberías, válvulas, estructuras, accesorios y obras de arte, encargados de la conducción del agua desde la captación hasta el reservorio aprovechando la carga estática existente (diferencia de altura) entre estos dos puntos.
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Criterios de diseño:• Carga disponible: Carga estática o diferencia de nivel entre la captación y el
reservorio.• Caudal de diseño: Es el Qmd.• Clase de tubería: definida por las máximas presiones que ocurran en la línea de
conducción por la carga estática.• Diámetros de tuberías: Este debe tener la capacidad de conducir el caudal de diseño
con velocidades comprendidas entre 0.6 m/seg, a 3 m/seg, o hasta 5 m/seg.• Estructuras complementarias:
o Válvulas de aire. Para evitar acumulación de aire en puntos altos.o Válvulas de Purga. Para eliminar sedimentos acumulados.o Cámaras rompe presiones. Para controlar el excesivo desnivel en la línea.
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Válvula de Aire
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Válvula de purga
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Q = 0.0004264 C D S
Q = 0.0597 d S Para PVC
Donde:Q = Caudal (Lps)S = Pendiente en milésimos m/kmd = Diámetro en pulgadasC = Coeficiente del Material.Donde 0.6m/seg < V lc < 3.0 m/seg.
Línea de Conducción. Perdida de carga unitaria
Fórmula de Hazen y Williams: para Ø > 2”
2.63
0.542.63
0.54
V = 1.9735 Q / D²
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D = 0.71 Q S
0.38
0.21
Diámetro de la tubería para PVC = 140D = pulgadas.Q = lps.S = m/m
Formula de Fair – Whipple: para Ø < 2”
Q = 2.8639 D S2.71 0.57 Para tubería PVC = 140D = pulgadas.Q = lps.S = m/mD = Q
2.8639 S0.57
0.37
Q = 2.492 D S2.63 0.54
S = Q 2.492 D2.63
1.85
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Perdida de carga por cada tramo:
Qmd= 2.1lpsL = 380 mCota Captación = 2,500 msnm.Cota Reservorio = 2,450 msnm
Carga Disponible = 50 m.Perdida de carga = 50/380 = 0.1316
D = 0.71 Q = 1.44 = 1.5 = 11/2” S
0.38
0.21
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S = Q = 0.1013 m/m 2.492 D
Perdida de carga en el Tramo (Pct) = L * S = 380 * 0.1013 = 38.5
1.852.63
Calculo de la presión en el Tramo:
Cota piezométrica en el reservorio = Cota del Terreno cap – Pct = 2,500 – 38.5 = 2,461.5
Presión al final del Tramo = Cpr – Cota terreno reservorio = 2,461.5 – 2,400 = 11.5 m.
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Volumen de Reservorio:
Se estima con la siguiente formula
VR = Qmd x 86.4 x 0.25
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