abastecimiento de agua y alcantarillado

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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CAUDAL DE DISEO

1. INTRODUCCIN

En primer lugar, podemos empezar diciendo que, el Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario es vital en toda localidad que est habitada por un conjunto de seres humanos; ya que es indispensable para que tengan una mejor calidad de vida: sana, limpia, y a un costo adecuado a su economa. ste propsito, de abastecer agua potable y alcantarillado sanitario a las comunidades que an no la tienen y a otras que la tienen pero es necesario ampliarla, mejorarla, adecuarla, etc., es complejo y se tiene que llevar a cabo con el ms minucioso, real y arduo trabajo las diferentes etapas que conforman el proyecto completo: clculo de la demanda (Caudal de Diseo), encontrar la oferta (lugar donde podemos captar agua para satisfacer la demanda), realizar un conjunto de diseos (C, PT, LC, R, LA, LD, RD, RA, PTAR); 3 pasos generales que se debe seguir para cumplir el propsito.En este informe me ocupar de la primera parte: caudal de diseo; para lo cual es necesario el periodo de diseo, estimacin de la poblacin de diseo o final (Pf), dotacin (d), variaciones en el consumo (k), poblacin futura (PF), densidad poblacional (D) para poder determinar la expansin futura (AF).

2. OBJETIVOS GENERALES

1. Determinar el caudal de diseo (demanda).2. Determinar el volumen del reservorio necesario.

ESPECFICOS

1. Elegir una arte de la ciudad de Cajamarca.2. Determinar el periodo de diseo.3. Estimar la poblacin actual, final y futura de la ciudad.4. Determinar la dotacin por persona, para la ciudad.5. Calcular la densidad poblacional actual y futura.6. Determinar las variaciones en el consumo.7. Calcular el caudal necesario para abastecer a los habitantes.

3. ANTECEDENTESPara el presente trabajo se cuenta con cierta informacin como son datos censales con lo cual podremos estimar la tasa de crecimiento poblacional en la ciudad de Cajamarca, y en consecuencia la poblacin futura.

4. ALCANCES Para esta primera parte se cuenta, con el plano a curvas de nivel, de la urbanizacin Santa Rosa ubicada al norte del centro de la ciudad. Dicha ciudad est conformada por: 17 manzanas de rea variable (ver plano) 2 parques. 1 zona comercial El papel para el ploteo del plano ser a una escala adecuada para el plano. Para determinar el periodo de diseo (PD) se utilizar un modelo matemtico: mtodo del inters simple. La expansin urbana o futura no ser considerada por motivos obvios del no crecimiento(ya alcanz su mximo crecimiento de expansin) Para la estimacin de la poblacin contamos con datos proporcionados por el Instituto Nacional de Estadstica e Informtica. Estos datos son:

CENSOCAJAMARCA

1940482431

1961731256

1972902912

19811026444

19931259808

20051359023

5. JUSTIFICACINEn todo proyecto de Abastecimiento de Agua Potable y Alcantarillado sanitario, es obligatorio conocer el caudal de diseo (demanda de agua de la localidad); ya que lo vamos a utilizar posteriormente en primer lugar para encontrar el lugar de donde sacar o captar el agua que necesita mi localidad y luego para disear los diferentes recursos y/o estructuras necesarias para trasladar el agua a mi localidad. Dicho esto y con los alcances anteriormente proporcionados, el presente trabajo se justifica.

6. MARCO TEORICO

PERIODO DE DISEO

Como todos sabemos, las estructuras no son eternas, y una decisin importante es conocer cul ser el perodo de diseo (PD). El PD puede definirse como el tiempo en el cual se estima que las obras a construir sern eficientes 100 %. El PD es menor que la vida til, es decir, es un tiempo razonable para el cual se espera que la obra sirva a los propsitos sin tener gastos de operacin y mantenimiento elevados que hagan antieconmico su uso o que requieran ser eliminados por insuficientes.Tambin sta decisin tiene su importancia, principalmente porque va a determinar cuntas personas deben ser servidas.Segn el RNE el periodo de diseo ser fijado por el proyectista utilizando un procedimiento que garantice los perodos ptimos para cada componente de los sistemas.Es importante en este caso, tener presente dos aspectos: social y econmico. El aspecto econmico es inherente a la zona de estudio con sus posibles planes de desarrollo y se complementa con impactos que l mismo generar. Para la cuantificacin de dicho parmetro, teniendo en cuenta el aspecto socio-econmico, se conoce algunos alcances dados cuando no se dispone de informacin, entre otros tenemos:-Lo vertido en el RNE.-Lo alcanzado en algunos textos.Slo para el aspecto social, se tiene un alcance que es importante tomarlo en cuanta:Tabla N1. Perodo de Diseo segn Mtodo I.C.

T.C. segn Mtodo I.C. (%)Periodo de Diseo (PD)

(en aos)Prom.

< 125 a ms.30

1 - 220 - 3025

> 210 -20 15

ESTIMACIN DE LA POBLACINPara el clculo aproximado de la poblacin al final del perodo de diseo, se usar el Modelo Matemtico, que comprende 4 mtodos:

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

Donde: Pi : Poblacin inicial en miles Pf : Poblacin final en milesTi : Tiempo inicial en aosTf : Tiempo final en aosKA : Tasa de crecimiento

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

Donde: KG: Tasa de crecimiento.

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

Donde: KIS : Tasa de crecimiento.

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

Donde: KIC : Tasa de crecimiento.

NOTA:En el caso de presentarse una K parcial negativa, se pueden aplicar tres casos: reemplazar la K con su mismo signo (-), hacer K = 0, decir que K no existe. De estos 3, utilizar el que genere el mayor K promedio.

DOTACINCantidad de consumo de agua en un determinado da respecto a un determinado uso. Se denomina tambin dotacin promedio diaria anual por habitante o dotacin per cpita.Los principales factores que afectan el consumo son: el tipo de comunidad, factores econmicos y sociales, factores climticos y tamao de la comunidad.Independientemente que la poblacin sea rural o urbana, se debe considerar el consumo domstico, el industrial, comercial, pblico y el consumo por prdidas.

Domstica (Dado por el RNE y es posible determinarlo en una investigacin). Consumo de agua potable destinada a las viviendas para las diferentes actividades cotidianas. Se hallar en este caso mediante la lectura del medidor de agua y el nmero de habitantes de la vivienda.

Si se comprobara la no existencia de estudios de consumo y no se justificara su ejecucin, el RNE, considera por lo menos para sistemas con conexiones domiciliarias una dotacin de 180 l/hab/d, en clima fro y de 220 l/hab/d en clima templado y clido.

Pblica (Dado por el RNE). Es el suministro destinado a locales pblicos: escuelas, hospitales, mercados, oficinas, limpieza pblica, red de alcantarillado y proteccin contra incendios, etc.

Consumo industrial y comercial (Dado por el RNE). El agua usada en panaderas, lavanderas, etc., constituye el consumo comercial; mientras que el agua empleada en la fabricacin de cerveza, gaseosas, conservas, etc., pertenece al consumo industrial.

Prdidas. Existen valores de prdidas determinados por ciertos organismos tales como: El Ministerio de Salud recomienda un 24% del consumo total. Para el presente trabajo consideraremos una prdida entre el (5-10) %, considerando un valor de 6.8% para en ste caso.

El consumo determinado por los rubros anteriores relacionado con la poblacin total nos determina el parmetro denominado Dotacin Per Cpita:

VARIACIONES EN EL CONSUMO

Tan importante como la cantidad de agua consumida diariamente es en qu momentos se consume. Si a las 6 a.m. el doble de agua que la media diaria, la capacidad de transporte del sistema tendr que ser el doble para cubrir esta punta de consumo.Para suministrar eficientemente agua, se debe disear cada estructura de tal forma que las cifras de consumo y variaciones de las mismas, no desarticulen todo el sistema, sino que permitan un servicio de agua eficiente y continuo.Las variaciones del consume est influenciada por diversos factores: tipo de actividad, hbitos de la poblacin, condiciones de clima, etc.El RNE establece que en los abastecimientos por conexiones domiciliarias, los coeficientes de las variaciones de consumo, referidos al promedio diario anual de la demanda, debern ser fijados en base al anlisis de informacin estadstica comprobada. De lo contrario se podrn considerar los siguientes coeficientes: Mximo anual de la demanda diaria: 1.3 Mximo anual de la demanda horaria: 1.8 a 2.5Donde:k1 = 1.3k2 = 1.8 (Pobl. > 10000 hab.) 2.5 (Pobl. < 10000 hab.)K3 = k2 (Densidad poblacional multifamiliar) k1 x k2 (Densidad poblacional unifamiliar)

EXPANSIN FUTURAClculo del rea de expansin futura o urbana (AF):Densidad actual:

Donde: Da: Densidad actualPa: Poblacin actualAa: rea actual

Segn el RNE, teniendo en cuanta un valor de densidad poblacional Limbo de 330 Per/H., las viviendas pueden tener una categora del tipo unifamiliar, si estn por debajo del valor Limbo, o multifamiliar si estn por encima del valor Limbo.

Clculo del rea futura (AF):Densidad futura:

Para:

Donde: DF: Densidad futuraPF: Poblacin futuraPf: Poblacin final o de diseoAF: rea futura

CAUDALES DE DISEO

Los gastos de diseo para el estudio y elaboracin de un proyecto de abastecimiento de agua potable son:

a) Gasto medio diario (Qm).- Denominado tambin gasto total, promedio, promedio diario, diario. Es la cantidad de agua requerida por un habitante en un da cualquiera del ao de consumo promedio.Se utiliza para el diseo del reservorio (R).

b) Gasto mximo diario (Qmx.d).- Es el mximo consumo diario, que es la variacin que sufre el Qm debido a que hay das que por la actividad, temperatura u otra causa, se demanda un consumo mayor que el medio anual.Se utiliza para el diseo de la captacin (C), PT, LC.

El gasto mximo diario se utiliza como base para el clculo de:

El gasto de extraccin diaria de la fuente de abastecimiento. El dimetro econmico de la lnea de conduccin. La capacidad del tanque de regularizacin y/o almacenamiento. La capacidad de la planta potabilizadora. La potencia del equipo de bombeo.

c) Gasto mximo horario (Qmx.h).- Este gasto sufre variaciones en las diferentes horas del da, por lo que en el da de mayor consumo lo que interesa es saber en que horas de las 24 se requiere mayor gasto.Se utiliza para el diseo de: LA, LD, RAlc.

7. PROCEDIMIENTO/RESULTADOS

Se ha optado para realizar los clculos empleando hojas de clculo del programa Microsoft Excel.

CLCULOS

CLCULO DE PERIDO DE DISEO

PD =15aos

Estimado debido a que la zona es pequea y probablemente no sobrepase los 20000 habitantes.

CLCULO DE PERIDO DE DISEOMtodo inters simple

CENSOCAJAMARCA

1940482431

1961731256

1972902912

19811026444

19931259808

20051359023

CENSOCAJAMARCAPi+1 - PiPi(Ti+1 Ti)r

1940482431

1961731256248825101310510.025

197290291217165680438160.021

1981102644412353281262080.015

19931259808233364123173280.019

2005135902399215151176960.007

r(prom.)0.017

La poblacin para nuestro lugar de inters se calcul del siguiente modo: rea de todas las manzanas = 63005.479 m^2 Promedio en m^2 de viviendas = 100 m^2

Entonces el nmero de viviendas ser:N viviendas = 63005.479 m^2/100 m^2N viviendas = 630

Entonces el nmero de habitantes ser:N Hab= 630*7N Hab= 4410

POBLACIONAON HABITANTES

ACTUAL20134410

FUTURA20285535

CLCULO DE LOS CAUDALES DE DISEOClculo de la Dot. Per Cpita:

Dot.PerCpita =180lts./per/da

Dot.PerCpita =0.00208lts./per/seg.

996300lts./da.

OTROS USOS

UsosDotacin (RNE)Magnitud del uso% tilDotacin (lts./da)

Mercado15lts.mda2720.279m10040800

Comisara50lts.persda10policas100500

Parque2lts.mda5952.158m707046.76

Luego:

Q_Sub.tot. =1044646.76lts./da

Q_Sub.tot. =12.09lts./seg.

-->Considerando 6.8 % de prdidas tenemos:

Qp=1107325.566lts./da

Qp =12.81lts./seg.

Luego:

Qmax.d=1439523.236lts./da

Qmax.d =16.66lts./seg.

Qmax.h=1993186.019lts./da

Qmax.h=23.07lts./seg.

8. CONCLUSIONES

1. Se determin el caudal total o medio de diseo, obtenindose un valor de 14.77 lts./seg. Ser utilizado para el diseo del reservorio.2. Se determin el caudal mximo diario, obtenindose un valor de 19.20 lts./seg. Ser utilizado para el diseo de las estructuras de captacin, lneas de conduccin y plantas de tratamiento.3. Se determin el caudal mximo horario, obtenindose un valor de 26.59 lts./seg. Ser utilizado para el diseo de la lnea de aduccin, lnea de distribucin y redes de alcantarillado.4. Se obtuvo un periodo de diseo, empleando tabla N1 del Mtodo del Inters Compuesto, tomando un valor de 15 aos, para una KPIC de 2.8 %.5. Se obtuvo una poblacin actual (ao 2012) de 14482 habitantes, una poblacin final o de diseo de 21793 habitantes y una poblacin futura de 7311 habitantes.6. Se obtuvo una dotacin per cpita o simplemente dotacin de 58.56 lts.persda. 7. Se calcul la densidad poblacional actual de la ciudad ficticia, obtenindose un valor de 454.27 Per./H. Por lo cual se deduce que estamos frente a viviendas multifamiliares.8. Es estim el rea futura, dando a la densidad poblacional futura un valor semejante a la densidad poblacional actual de 600 Per./H., dando un valor de 12 Hs. slo para viviendas.9. En este caso los coeficientes de variacin del consumo se determin del RNE.10. Se determin el caudal mximo diario necesario para abastecer 1000 personas de dicha ciudad, dando un valor de 0.88 lts./seg.

9. RECOMENDACIONES

Para el caso de proyectos reales, se debe trabajar ya sea con el RNE por investigaciones, pero sin combinar ambos procesos. De acuerdo a los valores obtenidos en el clculo de la T.C. por los 4 mtodos matemticos, podemos observar que 3 son muy parecidos de los cuales se recomienda elegir el del I.C. Tambin podemos decir que los valores mximos de T.C., cuando existen T.C. parciales negativas, se da para cuando se considera que sta T.C. parcial no existe. Para la lectura de los medidores se recomienda tener 3 datos como mnimo, 1 del sbado, 1 del domingo y 1 del da de semana. Es importante hacer cumplir los porcentajes estipulados para la dotacin domstica ( al 70%) y la dotacin para otros usos ( al 30%); para ello se recomienda, si no cumpliera, hacer los reajustes en las dotaciones para otros usos. Para determinar el periodo de diseo se recomienda trabajar con los datos ms desfavorables y crticos (mximos). Todas las lecturas del medidor se debe tomar a la hora estipulada exacta.

10. BIBLIOGRAFA

Separatas de Abastecimiento de Agua y Alcantarillado. RNE Abastecimiento de Agua por Gravedad. Abastecimientos de Agua. Teora y Diseo. Agua Potable para Poblaciones Rurales. Abastecimiento de Agua. www.google.com.peIng Gaspar Mndez Cruz.

Normas Legales.ARNALICH CASTAEDA, Santiago.

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