Abastecimiento Abastecimien to de agua potable CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO Y CAPTACION I. INT NTR RODUCCIÓ IÓN N En el presente trabajo de “abastecimiento “abastecimiento de agua y alcantarillado” alcantarillado” se tendrá una ciudad ficticia el cual necesite de este servicio básico para lo cual se tendrá que calcular los diversos parámetro parámetross básicos de diseño que se necesitan necesitan para abastecer abastecer de este servicio servicio así como: población de diseño, tasa de crecimiento, periodo de diseño, área futura, dotación per cápita, etc !na de las necesidades más importantes del "ombre es la de disponer adecuadamente de agua, no obstante que el agua es abundante en la naturale#a, ríos, lagos, manantiales, aguas freáticas, etc $o toda es apta para el consumo "umano, ra#ón por la cual en el diseño de sistemas de %bastecimiento de agua y %lcantarillado enfocaremos el estudio de agua desde el punto de vista del consumo "umano, en otras palabras del agua potable &a confian#a de la calidad del agua, es producto de los estudios "idrológicos, de los diseños "idráulicos y estudios que sirvan de base y dan forma a las obras de ingeniería necesarias, así como la operación de los sistemas terminados 'i la cantidad del agua no se controlase en este sentido, las obras de abastecimiento de agua y de evacuación de las residuales fallarían en su propósito
1.1OBJETIVOS I. 1.
Objetivo gee!"#. (alcular el caudal de diseño de una ciudad y determinar los parámetros básicos de una captación
I. $.
Objetivo% e% e%&e'()i'o% )eterminar la población futura de la ciudad a abastecer de agua y alcantarillado, para el periodo de diseño, utili#ando los diferentes m*todos analíticos estudiados en clase )eterminar el área de e+pansión futura de la ciudad )eterminar el (onsumo er-cápita de la población )eterminar el (audal .edio de la población )eterminar el (audal .á+imo )iario y /orario INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable )iseñar cada una de las partes de la que consta una captación, como parte de la red de abastecimiento de agua potable )iseñar cada una de las partes de la que consta una planta de tratamiento
1.$ALCANCES 1.* POBLACIÓN )e los datos censales dados por el docente del curso, se estimará la población presente año 0123 4oblación %ctual5 y la población futura 4de acuerdo al periodo de diseño El (uadro $612, muestra los datos del censo y sus poblaciones (!%)78 $612: 89&%(8$ 'E;<$ (E$'8
Ce%o
Pob#"'i+
2=>1
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1., E-TENSIÓN 'e proyecta un área mínima de 0311 /a destinadas solamente para viviendas, la cual se incrementará con las áreas complementarias u otros usos y lo correspondiente a la e+pansión urbana 4área futura5, la cual estará en función de la tasa de crecimiento poblacional 1. SERVICIOS Y ÁREAS CO/PLE/ENTARIAS. En el diseño de la ciudad ficticia, se "a completado con un área adicional para usos complementarios 4Educación, recreación, comercio, salud, instituciones pCblicas, otros5, que a continuación se muestran: -
.unicipalidad Estadio 9anco Estación de olicía (olegio la#a de %rmas
-
Escuela .ercado (oliseo glesia (ementerio /ospital
1.* CARACTERISTICAS LOCALES0 INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable CLI/A0 El clima de dic"a ciudad ficticia se puede clasificar durante el día, como seco, templado - soleado y frió durante las noc"es, con una precipitación pluvial promedio anual que varía entre los @ mm y 20@ mm RELIEVE Y SUPERICIE0 En dic"a ciudad de (ajamarca y el área de e+pansión urbana que se "a tomado, se ubica sobre una topografía ondulada, configurada por #onas de laderas fuerte y suave pendiente &a superficie actual del área urbana a estudiar se encuentra en una suave pendiente TE/PERATURA &a ciudad presenta durante los meses de lluvias comprendidos entre )iciembre y .ar#o temperaturas que fluctCan entre los @ y 2@6 ( )urante los meses de %bril a $oviembre la temperatura varía entre los B y 036 ( presentándose templado durante el día y frío durante a noc"e CONDICIÓN SOCIAL0 &a mayoría de los "abitantes son indígenas, un cierto porcentaje lo conforman los mesti#os, me#cla de blanco 4principalmente español5 e indígena (onformada principalmente por una población joven 'e puede apreciar la migración del campo a la ciudad lo cual se refleja en un aumento de la población urbana CONDICIÓN ECONÓ/ICA0 &a economía se encuentra en un crecimiento considerable, basada en actividades agrícolas, actividades agropecuarias, por ser una población netamente urbana COSTU/BRES0 &os "abitantes poseen un adecuado nivel de educación, lo cual implica que el sentido de responsabilidad en el uso de sus recursos es alto y por lo tanto las p*rdidas son mínimas
1.,JUSTIICACIÓN (omo futuros ingenieros es necesario aprender a reali#ar estos cálculos, ya que son básicos para diseñar la línea de conducción, plantas de tratamiento, línea de aducción, etc %demás, el agua es elemento vital para las personas, por tal motivo es importante aprender a abastecer de agua a las ciudades mediante trabajos de ingeniería, y así solucionar los problemas de agua de la mejor manera, mejorando la calidad de vida de las personas
II. II.1.
REVISIÓN DE LITERATURA PARTES DE 2UE CONSTA UN SISTE/A DE A3UA INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable &as partes más importantes de un sistema de abastecimiento de agua básicamente consiste en:
Duente de agua y captación 47íos, lagos, subterráneas5 (onducción, 4(anales, conductos a presión5 ratamiento, 4otabili#ación5 %lmacenamiento, 47eservorio - 7egulación del agua5 %ducción 4uberías5 )istribución, 47ed de distribución, servicio5
|
D!E$E: Ingº Marcos Silva –Ingeniería de Proyectos I
II.$.
BASES PARA EL DISEÑO. &as características más importantes que conforman los criterios de diseño son los siguientes:
"4
eriodo de diseño oblación de diseño (onsumo de agua Fariación periódica de los consumos (audal de diseño PERIODO DE DISEÑO0 Es el tiempo para cual el sistema es eficiente al 211G, ya sea por la capacidad en la conducción, del gasto deseado, o tambi*n por las restricciones físicas de las estructuras INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable ara determinar "ay que tener en cuenta dos aspectos importantes: )urabilidad 4de las instalaciones componentes5 y 'u capacidad para prestar un buen servicio para las condiciones previstas El periodo de diseño debemos tener en cuenta el 7$E y el criterio de cada uno de nosotros 'egCn la tasa de crecimiento del m*todo del inter*s compuesto, estos valores se dan en la tabla $6 10 %9&% $6 10 E78)8 )E )'EH8 'E;<$ .E8)8 (
asa de (recimiento segCn .*todo de ( 4G5 61 17$ 8$
E78)8 )E )'EH8 4en años5
V"#o!
P!o5.
03 a más 01 - ?1 8ct-01
?1 03 23
D!E$E: Valores dados en la cátedra del Docente del curso
b4
ESTI/ACIÓN DE LA POBLACIÓN0 ara determinar la población futura se utili#aron los m*todos analíticos que se resumen a continuación:
1.
.*todo aritm*tico .*todo geom*trico .*todo de inter*s simple .*todo de inter*s compuesto
/9to:o% ""#(ti'o%.
Método aritmético0 ara este m*todo se supone la tasa de crecimiento
poblacional constante
P f = P i + k A (T f − T i )
K A
=
P f − P i T f
−
T i
)onde: i f i f
: oblación inicial en miles : oblación final en miles : iempo inicial en años : iempo final en años I% : asa de crecimiento
/9to:o geo59t!i'o0 Este m*todo considera una tasa de crecimiento proporcional a la población P f
= P i * e
k G (T f −T i )
K G
=
)onde: INGENIERÍA CIVIL
Ln ( P f ) − Ln ( P i ) T f
−
T i
Abastecimiento de agua potable i : oblación inicial en miles f : oblación final en miles i : iempo inicial en años f : iempo final en años I; : asa de crecimiento poblacional
/9to:o :e ite!9% %i5&#e0 'upone el crecimiento poblacional igual al crecimiento de un capital de inter*s simple, tomando como ra#ón el promedio obtenido de las variaciones e+presadas en porcentaje K IS
P f = P i + P i × K IS × (T f − T i )
=
P f − P i P i (T f − T i )
)onde: i : oblación inicial en miles f : oblación final en miles i : iempo inicial en años f : iempo final en años I' : asa de crecimiento poblacional
/9to:o :e ite!9% 'o5&;e%to0 (onsidera que el crecimiento poblacional es igual al crecimiento de un capital al inter*s compuesto, cuyo aumento tiene la forma de una curva e+ponencial
P f
T −T i
P f = P i (1 + K IC ) f
K IC =
P i
1 (T f −T i )
−1
)onde: i f i f I(
'4
: oblación inicial en miles : oblación final en miles : iempo inicial en años : iempo final en años : asa de crecimiento poblacional
DOTACION &as dotaciones estarán dadas de acuerdo al 7eglamento $acional de Edificaciones 47$E5 Consumo Doméstico:
&a dotación dom*stica se "allará mediante la lectura de medidores correspondiente al domicilio escogido por cada alumno y segCn el nCmero de personas que residen en dic"a casa (onsumo )om*stico J oblación de )iseño + )otación )om*stica INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable Consumo Comercial y Público: Consumo complementario
&as dotaciones estarán dadas de acuerdo al 7eglamento $acional de Edificaciones 47$E5 (on respecto a su área Ctil y al servicio que se ofrece %9&% $6 1? )8%(8$E' %7% &!;%7E' <9&(8' 'E;<$ E& 7$E - 011=
&!;%7 !9&(8
)8%(8$
P#"<" :e A!5"% =o%&it"# Co#egio>E. %;&e!io! P"!?;e @o"# Ig#e%i" /;i'i&"#i:": E%t"'i+ :e Po#i'(" J"!:( i)"ti# Co#i%eo B"'o Ce5ete!io E%';e#"
0 @11 >1 0 13 @ 31 >1 2 @ 0 >1
!$)%) &KdíaKmL &KdíaKcama &KdíaKalumno &KdíaKmL &KdíaKmL &KdíaKmL &KdíaKefectivo &KdíaK%lumno &KdíaKespectador &KdíaKmL &KdíaKmL &KdíaK%lumno
D!E$E: Reglamento Nacional de Ediicaciones – Norma !"cnica IS – #$#
Dot"'i+ Pe! C&it" Dot.PC40 Está e+presado mediante la siguiente relación: Dot .Percap = :4
Consumo Doméstico + Consumo Comercial + Consumo complementario Población de Diseño
CAUDAL DE DISEÑO 1. CAUDAL /EDIO 254 El caudal medio Mm, es el caudal calculado para la población proyectada 4oblación de diseño5 con sus ajustes y la dotación bruta o dotación er (ápita, e+presado en &Kseg )ic"o caudal es utili#ado para diseñar el 7eservorio Qm
=
P T × Dot . PC 86!!
)onde: Mm
: (audal medio 4&Kseg5
: oblación de diseño 4"ab5 INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable $. CAUDAL /Á-I/O DIARIO 25".:40 El caudal má+imo diario Mma+d, se define como el consumo má+imo registrado durante 0> "oras en un periodo de un año, dic"o caudal es utili#ado para diseñar (aptaciones, &ínea de (onducción y lantas de ratamiento: Qmáx.d = Qm × K 1
*. CAUDAL /Á-I/O =ORARIO 25".40 El caudal má+imo "orario Mma+", se define como el consumo má+imo registrado durante una "ora en un periodo de un año, dic"o caudal es utili#ado para diseñar la &ínea de %ducción, &ínea de )istribución, 7edes de %lcantarillado Qmáx.h
= Qm x K"
)onde: Mmá+" : (audal .á+imo /orario en &Kseg Mm
: (audal .edio
I0
: (oeficiente de variación "oraria
I0 J 01 )ensidad de la población: 'i:
)p N ??1 "abK/a --- .ultifamiliar )pO ??1 "abK/a --- !nifamiliar
,.
DENSIDAD DE POBLACIÓN0 Fiene dada por la relación: )p J oblación
4"abK/a5
UENTES DE ABASTECI/IENTOS a)
Agua de lluvia o meteóricas: el aprovec"amiento de agua de lluvia se "ace en
aquellos casos, en los que no es posible obtener aguas superficiales y subterráneas, de costo adecuado, de buena calidad y cuando el r*gimen de lluvias sea importante
b)
Aguas superficiales: Están constituidas por los arroyos, ríos, lagos, etc, que discurren
naturalmente en la superficie terrestre C) Aguas subterráneas: estas aguas constituyen parte del ciclo "idrológico y son las que
se infiltran en el terreno, y que por percolación se mantienen en movimiento a trav*s de INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable estratos geológicos capaces de contenerlas y permiten su circulación, su e+plotación dependerá de las características "idrológicas y formación geológicas del acuífero I.1.1.
SELECCIÓN DE LA UENTE DE ABASTECI/IENTO
En la selección de la fuente de abastecimiento, los factores a considerar son: %antidad %alidad Seguridad %osto &egalidad' etc( Estos factores no se citan en ningCn orden ya que por el general son interdependientes, no obstante el costo es qui#á el más importante En la mayoría de las poblaciones rurales de nuestro país, e+isten dos tipos de fuentes de agua: 'uperficial y subterránea CAPTACION Estructura que sirve para reunir adecuadamente una cierta cantidad de agua, con fines aprovec"ables Esta estructura varía de acuerdo al tipo de fuente de abastecimiento 4superficial, subterráneas o meteóricas5, su locali#ación y magnitud
I.$.
I.$.1. CLASES DE CAPTACIÓN 'e tienen las siguientes: a)
C"&t"'i+ :e Ag;"% L"';%t!e%. ;eneralmente la toma de agua de los lagos, es preferible a la de los ríos especialmente cuando este tiene gran recorrido
b)
C"&t"'i+ :e Ag;"% #;vi"#e%. &a toma de cursos de agua superficial, se "ace indispensable para proyectos de gran envergadura, ya sea paro (P(//, rrigaciones o %bastecimiento de %gua para (iudades que tengan gran cantidad de demanda, siempre y cuando se tenga la fuente disponible c) C"&t"'i+ :e Ag;"% S;bte!!e"%.
&a e+plotación de estas aguas podrá efectuarse a trav*s de: Po
%quellos que penetran "asta aguas freáticas &a e+plotación en este caso ocasiona descensos del nivel freático en las vecindades del po#o, movi*ndose el agua "acia el po#o a causa de las diferencias de presión ocasionadas INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable Poos Artesianos
'on aquellos po#os donde el agua del subsuelo se encuentra bajo presión "idrostática, a causa de su confinamiento por una capa de material impermeable, y su nivel de agua es mayor que del acuífero I.*.
/ANANTIAL Es un lugar donde se produce un afloramiento natural de agua subterránea el agua de manantial fluye por lo general a trav*s de una formación de estratos gravo R arenosos 4acuífero5 o roca fisurada &os manantiales se pueden clasificar en: "4 Po! %; ;bi'"'i+ e e# te!!eo0
Manantial de ladera"# 'on aquellos que se presentan como consecuencia de capas
impermeables que sirven de base a la napa freática, la característica principal de *stos manantiales, es que afloran en laderas y a una misma altura, segCn la línea del estrato impermeable
Manantial de falla"# 'on consecuencias directas de la acción geológica y se
presentan en forma de grietas en la superficie del terreno, por lo general provienen de #onas profundas de la tierra y a temperaturas elevadas, permitiendo la disolución de las sales que encuentran a su paso
Manantiales de tubo"# Estos manantiales, como su nombre lo indica, provienen
despu*s de "aber perforado en forma de tubo la corte#a terrestre, generalmente a los terrenos cali#os, debido a la disolución de cali#as, emanando aguas cargadas de carbonatos de calcioS no recomendándose este tipo de agua para consumo "umano, por ser muy duras
b4 Po! %; )o!5" 'o5o :i%';!!e e# "g;" " t!"v9% :e #" 'o!te<" te!!e%t!e% "%t" %"#i! " #" %;&e!)i'ie
Manantiales de agua descendente"# El agua de estos manantiales, corre sobre los
estratos impermeables inclinados, "asta que afloran en la superficie y discurren por acción de la gravedad
Manantiales de agua Ascendente o Artesianos"# 'u formación es permeable, o de
grieta confinada entre dos capas impermeables, y que ascienden a presión "asta la superficie del terreno $"%"
PRETRATA/IENTO0 SEDI/ENTADOR. Estructura que cumple con las mismas funciones que el desarenador, sólo que en *sta INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable estructura se albergarán a partículas más pequeñas que las tratadas en el desarenadorS son de iguales características DESARENADOR. El desarenador tiene por objeto separar del agua cruda: El arena y partículas en suspensión gruesa con el fin de evitar se produ#can depósitos en las obras de conducción, proteger las bombas de la abracion, y evitar sobrecargas en los procesos posteriores de tratamiento
@o" :e Et!":".F (onsiste en una transición que une el canal o tubería de llegada de la captación iene como función el conseguir una distribución más uniforme de las líneas de flujo dentro de la unidad, uniformi#ando a su ve# la velocidad 'e consideran dos compuertas en la entrada para orientar el flujo "acia la unidad, o "acia el canal de bypass durante la operación de limpie#a
@o" :e De%"!e"'i+.F &a parte principal de la unidad consiste en un canal en el cual se reali#an el proceso de depósito de partículas con pendiente en el fondo para facilitar la limpie#a
@o" :e %"#i:".F (onformada por un vertedero de rebose diseñado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada
@o" :e :e&+%ito G e#i5i"'i+ :e #" "!e" %e:i5et":".F constituida por una tolva con pendiente de 21G para impulsar el desli#amiento de la arena "acia un canal de 121m de alto por 1?1m de anc"o, que facilita su salida a trav*s de la compuerta de igual sección "acia la caja de desagTe
IV CONCLUSIONES Y RECO/ENDACIONES CONCLUSIONES0 En la primera parte del trabajo de abastecimiento de agua y alcantarillado se logró determinar lo siguiente:
(audal de diseño
arámetros de diseño
'e logró elaborar un lano de distribución de man#anas tanto para viviendas como para áreas destinadas a otros usos y e+pansión urbana
El eriodo de )iseño es de 03 años
&a población para el año 0123 INGENIERÍA CIVIL
Abastecimiento de agua potable
)otación
El diseño de las estructuras de captación de manantiales se reali#a con el caudal má+imo aforado, pero se debe tener en cuenta el abastecimiento con el caudal mínimo para *pocas de estiaje
&os filtros para captación de manantiales deben cumplir con granulometrías especiales para evitar contaminación de los mismos, y tambi*n para evitar que se produ#ca tubificación
Es necesario implementar a las cámaras de captación con tuberías de desagTe, rebose y ventilación RECO/ENDACIONES0 (omparar la las poblaciones que se obtendrían empleando otros m*todos para el cálculo de la tasa de crecimiento poblacional, y discutir cual es la ra#ón por el cual no se emplean otros m*todos ara el periodo de diseño de debe considerar mas factores, para su cálculo, ya que no solo la tasa de crecimiento tiene influencia en su determinación Es necesario desarrollar un sistema de operación sencillo en caso de captación de manantiales, ya que muc"as veces la operación de estas estructuras está a cargo de los mismos pobladores % menudo las captaciones de manantiales no requieren un complejo sistema de tratamiento, pero es necesario primero reali#ar un estudio mineralógico para determinar si es apta para el consumo "umano
V BIBLIO3RAIA
Reglamento Nacional de Ediicaciones )##* +IS , #$# ./.S!E%IMIEN!0 DE .12. 3 .&%.N!.RI&&.D0 – 2N%: Ingº 1as4ar M5NDE6 %R26
./.S!E%IMIEN!0 DE .12. 3 .&%.N!.RI&&.D0 – 2NI:VIERENDE& SEP.R.!. EN!RE1.D. P0R E& D0%EN!E DE& %2RS0 – IN1º E2SE/I0 D7.S %.&&.N
VI ANE-OS D88;7%D%
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Abastecimiento de agua potable &' lectura:
sabado
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INGENIERÍA CIVIL
