1 sistemas_de_abastecimiento de agua_ica_junio_2013

Diplomado en Ingenieria Sanitaria 08/06/2013

Elaborado: Yuri Marco Sánchez Merlo 1

DIPLOMADO EN INGENIERIA

SANITARIA

1

Junio – Julio del 2013

1. SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

2. MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE

AGUA – APLICACIÓN DEL WaterCAD V8i

Yuri Marco Sánchez Merlo


SANITARIA

2

1. SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA (8 horas)

A. Introducción y Conceptos Generales

B. Consumo – Demanda

C. Captación Superficial y Subterránea

D. Líneas de Conducción e Impulsión

E. Estaciones de Bombeo de Agua

F. Reservorios

G. Redes de Distribución de Agua




SANITARIA

3

2. MODELAMIENTO COMPUTARIZADO DE SISTEMAS DE

AGUA – APLICACIÓN DEL WaterCAD V8i (24 horas)

Modelamiento de Sistemas de Distribución de Agua

Taller N°1: Análisis Hidráulico en estado Estático (04 horas)

Calibración de Modelos Hidráulicos

Taller N°2: Aplicación sobre Calibración de Modelos Hidráulicos (02 horas)

Dimensionamiento Óptimo de Redes de Distribución de Agua

Taller N°3: Aplicación sobre Dimensionamiento óptimo (02 horas)

Simulación en Periodos Extendidos

Taller N°4: Aplicación sobre SPE (04 horas)

Calidad de Agua en Redes de Distribución de Agua

Taller N°5: Aplicación sobre Calidad de Agua (04 horas)

Ejercicios Adicionales – Aplicando WaterCAD V8i (04 horas)

4

1. SISTEMAS DE

ABASTECIMIENTO

DE AGUA

A. Introducción y

Conceptos

Generales



EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS SISTEMAS

DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

5

1500 a.C. Primeras Tuberías de distribución de agua – ciudades de Knossos, Isla de Creta 4 a 14 d.C. – Distribución de agua por tubos – ciudad de Ephesus, Turquia

EVOLUCIÓN HISTÓRICA

6

Entre 312 a.C. – 226 d.C. 11 acueductos romanos: 502 km.




7

1. Captación

2. Pozos de caída

3. Decantación

4. Túnel y pozos de visita

5. Trinchera cubierta

6. Puente en arcos

8

7. Sifón invertido

8. Canal sobre terraplén

9. Arcada

10. Castillo de agua

11. Distribución (tubos de

plomo)




• Siglos antes de Roma: Persia, India, Egipto…

• Mayas y Aztecas (Tenochtitlan: 100-200 mil habitantes en 1519).

9


• 1237 – Primer sistema de abastecimiento de agua de Londres,

Inglaterra.

• 1455 – Primera tubería de fierro fundido en el Castillo de

Dillenburgh, Alemania.

• 1652 - Aductora de fierro fundido en Boston, Estados Unidos.

• 1664 – Palacio de Versalles en Francia - Aductora en Fierro

Fundido en mas de 22 Km.

• 1754 – Pensilvania – Primer sistema de abastecimiento de agua

en Estados Unidos. Elevadoras de agua con bombas accionadas

a vapor.

10




• Siglos antes de Roma: Persia, India, Egipto…

• Incas (579 km de 4 m de profundidad),

• Mayas y Aztecas (Tenochtitlan: 100-200 mil habitantes en 1519).

11


Situación Actual en el Perú



Extensión

1´285,216 km2

CENSO 2007 28´220,764 habitantes

U: 76% R: 24%

U: 30% R: 70%

Situación Actual en el Perú

La

pobreza

extrema

en Lima

no excede

el 2%

Pobreza y Saneamiento en el Perú



Sistema Fluvial

Vertiente del Pacífico

— Sus aguas vierten al Océano Pacífico

— 53 cuencas: 278 892 km2 (21.7%)

Vertiente del Atlántico

— Sus aguas vierten al río Amazonas (el más caudaloso del mundo)

— 32 cuencas: 957 486 km2 (74.5%)

Vertiente del Titicaca

— Sus aguas vierten al Lago Titicaca (el más alto del mundo 3800 msnm)

— 9 cuencas: 48 838 km2 (3.8%)

Disponibilidad Hídrica

Agua superficial

— Cuenca del Pacífico: 1160 m3/s

— Cuenca Atlántica: 119 519 m3/s

— Cuenca del Titicaca: 222 m3/s

Explotación de aguas subterráneas

— Uso poblacional: 366 535 000 m3/año

— Uso agrícola: 995 317 000 m3/año

— Uso pecuario: 12 021 00 m3/año

— Uso industrial: 137 428 000 m3/año

TOTAL: 1 511 301 000 m3/año

Donde hay menos agua... hay más población !!



Mapa de Disponibilidad Hídrica per cápita-año

Cuencas que ya están con escasez

de agua

• Baja cobertura y calidad de los

servicios

• Sistemas existentes deficientes y

deteriorados

• Limitados recursos financieros

• Problemas de orden institucional y

de gestión

• Deterioro del medio ambiente

Situación de los

servicios de agua y saneamiento



Organización del Sector

Saneamiento

Nivel Nacional Vice Ministerio de Políticas, normas, Construcción y financiamiento Saneamiento (VIVIENDA) SUNASS(PCM) Regulación Nivel Regional Gobierno Inversiones Regional Nivel Local Gobiernos locales Prestación de EPS/JASS servicios Inversiones

Inversiones hasta el 2015

Plan Nacional de Saneamiento

(*) Porcentaje estimado sobre la población urbana servida con sistemas de alcantarillado

Servicio Cobertura Inversión

Requerida (US$ millones) 2005 2010 2015

Agua Potable 76% 79% 82% 1,457

Saneamiento 57% 66% 77% 1,455

Tratamiento (*) 22% 54% 100% 1,131

TOTAL 4,042



Concepción de Sistemas de

Abastecimiento de Agua

21

PARTES CONSTITUYENTES DE UN

SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIO

RED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Línea de Impulsión

Línea de Aducción

L.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estación de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo

24

Qb = ----- x Qmd

N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

Qmh

Qmd + QciQmín

Qmd + QciQmín

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCIONPRODUCCION

22



INDICADORES DE COSTO DE SISTEMA

CONVENCIONAL DE ABASTECIMIENTO DE

AGUA

Parte

constituyente

del Sistema

Captación

Aducción

Bombeo

Tratamiento

Reservorio

Distribución

Costo

P= Población en habitantes

23

Concepción de Sistemas de Abastecimiento de Agua

24

El conjunto de estudios y conclusiones relativas al establecimiento de todas las

políticas, parámetros y ajustes necesarios y suficientes para la caracterización

completa del sistema a proyectar

• Identificación y cuantificación de todos los factores involucrados en el sistema

de suministro de agua

• Diagnóstico del sistema existente

• El establecimiento de parámetros básicos

• Diseño preliminar de las unidades de los sistemas de alternativas seleccionadas

• Elegir los medios alternativos más apropiados

• En comparación técnica, económica y ambiental, entre alternativas;

• Establecer las directrices generales para el proyecto



NORMATIVIDAD EN EL PERÚ (Vigente)

1. Reglamento Nacional de Edificaciones

2. Reglamento para elaboración de proyecto de agua y Alcantarillado para Habilitaciones Urbanas de

Lima y Callao

3. Reglamento de Elaboración de Proyectos Condominiales de Agua Potable y Alcantarillado para

Habilitaciones Urbanas y Periurbanas de Lima y Callao

CTPS.PR-01

Revisión: 01-2005

Resolución Gerencia General N° 136-2005-GG

A nivel Nacional:

1. Reglamento Nacional de Edificaciones

• OS.010 Captación y Conducción de Agua para Consumo Humano

• OS.020 Planta de Tratamiento de Agua para Consumo Humano

• OS.030 Almacenamiento de Agua para Consumo Humano

• OS.040 Estaciones de Bombeo de Agua para Consumo Humano

• OS.050 Redes de Distribución de Agua para Consumo Humano

• OS.100 Consideraciones Básicas de Diseño de Infraestructura Sanitaria

• Para Lima y Callao (SEDAPAL):

PLANIFICACIÓN, DISEÑO Y OPERACIÓN SISTEMAS DE

SUMINISTRO DE AGUA

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Trazado de la Red Dimensionamiento:

Diámetros y Flujos

Modelamiento Hidráulico




SUMINISTRO DE AGUA

27

Aplicación del WaterCAD


SUMINISTRO DE AGUA

28

Aplicación del Epanet




SUMINISTRO DE AGUA

29

Aplicación de Sistemas de Información Geográfica

Epanet

1. Caracterización del área de estudio

- Las características físicas

- Uso y ocupación

- Aspectos sociales y económicos

- La infraestructura de sistemas y las condiciones sanitarias

2. Análisis del sistema de abastecimiento de agua existente

- Descripción

- Diagnóstico

3. Encuesta de estudios y planes existentes

4. Los estudios demográficos y el uso y ocupación de la tierra

5. Criterios y parámetros de diseño

Actividades a ser realizadas para la Concepción de los

Sistemas de Abastecimiento de Agua

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6. La demanda de agua

- Estudio de la demanda

- Cálculo de las exigencias

7. Estudio de Fuentes

- Fuentes Superficiales

- Fuentes Subterráneas

8. Selección de las fuentes

9. Diseño preliminar de las unidades de los sistemas

- Captación

- Estaciones de Bombeo de Agua

- Líneas de Conducción e Impulsión

- Plantas de Tratamiento de Agua

- Reservorios

- Red de distribución

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10. Costo estimado de las alternativas propuestas

11. Análisis de las alternativas propuestas

- Análisis Técnico

- Análisis económico

- Análisis Ambiental

- Comparación de los aspectos técnicos, económicos y ambientales

12. Diseño elegido

32





OBJETIVO DEL ESTUDIO:

Debemos definir cual es el objeto del estudio:

Mejoramiento del sistema existente (infraestructura)

Ampliación de la cobertura

Mejoramiento de la calidad del servicio

Se debe describir que diseños de ingeniería deberán desarrollarse:

Diseños Hidráulicos

Arquitectónicos

Estructurales

Electromecánicos

Estudios previos al Diseño de los Sistemas de Abastecimiento

de Agua

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DEFINICION DEL AREA DE ESTUDIO:

Ubicación

En que región se encuentra ubicado?

Departamento, provincia, distrito?

Altitud?

En que coordenadas?

Limites

Por el Norte?

Por el Sur ?

Por el Este ?

Por el Oeste?

Área Total del Proyecto

Cuantas hectáreas tiene el área de estudio?


de Agua



ALCANCES DEL ESTUDIO:

Describir detalladamente cual es el alcance del servicio contratado,

mediante el cual permitirá el desarrollo del Expediente Técnico para la

ejecución de las obras, identificar que actividades abarca :

Coordinación con Empresas de Servicios y otras entidades

(infraestructura)

Recopilación y Evaluación de Información disponible

Levantamiento Topográfico

Estudio de Impacto Ambiental

Estudios de Suelos

Ingeniería del Proyecto


de Agua

1) Estudio Topográfico

2) Estudio Geotécnico

3) Estudio Impacto Ambiental

4) Estudio Hidrológico

5) Estudio Hidrogeológico

6) Estudio de Intervención Social

7) Planos de Pavimentos y Banquetas

8) Sistemas de Distribución de Agua Existente

9) Información de otros servicios

10) Estudios previos 36


de Agua





Captación

LCAC

LIAC

EB

PTA Reservorio

LCAP LA

Red de

Distribución

Captación

LCAC EB

PTA

Reservorio Red de

Distribución



Captación

LCAC

LIAC

EB PTA

Reservorio

LIAP LA

Red de

Distribución

EB LCAP





Captación

LIAP

LIAC

EB

PTA

Reservorio

LIA

P

LA

Red de

Distribución

Parte Alta

EB

LCAP

EB Reservorio

LA

Red de

Distribución

Parte Baja





41

1. SISTEMAS DE

ABASTECIMIENTO DE

AGUA

B. Consumo - Demanda

Caudales de Diseño de los Componentes

de un Sistema de Abastecimiento de Agua

Captación

LCAC

LIAC

EB

PTA Reservorio

LCAP LA

Red de

Distribución

Flujo=????????



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DEMANDA DE AGUA - DOTACIÓN

Es el volumen de agua requerido por una persona en

un día (lt/hab/día)

Establece el parámetro del CAUDAL DE DISEÑO.

Condiciona la dimensión de las estructuras

hidráulicas: conducción y almacenamiento.

Se estima sobre mediciones en la población en

estudio o en poblaciones similares que cuenten con

un registro estadístico.

DEMANDA DE AGUA - DOTACION

TIPOS DE CONSUMO

DOMESTICO

INDUSTRIAL

COMERCIAL

PUBLICO

44



Demanda

46



47

48



Tipo de abonado (doméstico, comercial, industrial, …)

Nivel socioeconómico.

Existencia de depósitos intradomiciliarios.

Época del año.

Día de la semana.

La curva de modulación es diferente para cada abonado, pudiendo

influir los siguiente factores:

Patrones de uso – Curvas de Modulación

DEMANDA DE AGUA - DOTACIÓN

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FACTORES QUE DETERMINAN LA DEMANDA – DOTACIÓN - CONSUMO



CONSUMO PER CAPITA DE ÁGUA

• Lectura de Hidrómetros – Medidores

• Lectura de macromedidor a la salida de

Reservorio

• Cuando no existe medición

CONSUMO PER CAPITA DE AGUA

• Lectura de Hidrómetros – Medidores

qe = consumo efectivo per cápita (L/(hab.dia))

Vc = volume consumido medido por los micromedidores (L)

NE = número de conexiones medidas

ND = número de dias de medición por los micromedidores (dia)

NH/L = número de habitantes por ligação (hab/lig)



CONSUMO PER CAPITA DE AGUA

Determinación del consumo per cápita (q)

q = consumo per cápita de agua (L/(hab.dia))

qe = consumo efectivo per cápita (L/(hab.dia))

I = Índice de Pérdidas (L)

54



55

56



57

Q = Σ (Npk x Ak x qnk) / (1-B)f

k=a

Demanda

Donde

Q : demanda de agua Np : número potencial de conexiones

A : índice de conexión B : índice de pérdidas de agua qn : consumo unitario por conexión a : domestico (una familia)

b : comercial

c : industrial

d : público e : social

f : doméstico (multi familiar) Estimar la demanda

por cada componente



Periodo de Déficit

6.0*

9.0*7.0

*

)(

1

XX

X

rXX

o

oi

rX

12.1* )1(6.2

Sin Déficit Con Déficit

Periodo de Déficit

Demanda

Periodo de Déficit

Demanda



Inicial

Final

Población Estimamos en base a los censos poblacionales (1972 – 1981 – 1993 – 2007)

• Aritmético

• Geométrico

• Parabólico

• Incremento de Variables

• Racional

• Logístico

• Gráfico

Métodos de Cálculo

Demanda


k=a

Consumo (m3/mes/conexión)

Social Doméstico Comercial Industrial Estatal

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

S-7

S-8

S-9

S-10

S-11

Consumo

•24 horas de servicio

•Conexiones Activas

•Medición efectiva

•Medidores en buen estado

Consumo promedio de últimos 12 o 24

meses

Demanda




k=aProyección de la Demanda

Pérdidas

Técnicas

Demanda

De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones

(OS.050 : Redes de Distribución Agua)

Para la Etapa Inicial y Final del Proyecto

Caudal máximo diario K1 = 1,3

Caudal máximo horario K2 = 1,8 a 2,5

Demanda




(OS.070 : Redes de Aguas Residuales)

Para la Etapa Inicial del Proyecto F = K2

Demanda

Para la Etapa Final del Proyecto F = K1 x K2


(OS.070 : Redes de Aguas Residuales)

Demanda



CAPTACION

Fuente Subterránea

DE AGUA CRUDA

RESERVORIO

RED DE DISTRIBUCION

CAPTACION

L.C. por gravedad

Línea de Impulsión

Línea de Aducción

L.C. de agua cruda

Pozo Profundo

Estación de Bombeo

Fuente superficial

PLANTA DE TRATAMIENTO

L.C. de agua tratada

L.C. por bombeo

24

Qb = ----- x Qmd

N

Qmd

Qmd

Qmd

QmdQmd

Qmh

Qmd + QciQmín

Qmd + QciQmín

Qmh

Fuente sub -superficial

CAPTACION

DISTRIBUCIONPRODUCCION

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