A Cue Duc To

8/3/2019 A Cue Duc To

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TEMA 2: EL ABASTECIMIENTO Y DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE

OBJETIVOS:

- Que el estudiante defina el agua potable, y establezca la importancia de su existencia

para permitir la habitabilidad en el medio urbano

- Que el estudiante conozca las parles de un sistema de abastecimiento y distribución de

agua potable.

- Que el estudiante utilice conceptos básicos de hidráulica acerca de la conducción de

líquidos a presión para comprender el funcionamiento y estimar la capacidad de las

distintas instalaciones.

- Que el estudiante aprenda a estimar la demanda de abastecimiento y distribución de

agua potable, en base a la normativa existente.

- Que el estudiante aprecie el efecto del trazado urbano en el sistema de distribución de

agua potable, mediante el estudio de un caso.

PUNTOS A TRATAR

1) Generalidades.

2) El agua potable.

3) Los índices de dotación de agua potable.

4) Conceptos básicos acerca de la dinámica de los líquidos a través de conductos cerrados.

5) Partes de un sistema de abastecimiento y distribución de agua potable.

6) De la planificación de usos del suelo a la elaboración de un proyecto definitivo de

abastecimiento y distribución de agua potable.

7) El trazado urbano y el proyecto de abastecimiento.

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR CARRERA DE URBANISMO. Servicios Urbanos II - 1 -Tema 2: El Abastecimiento y distribución de agua potable.



1) GENERALIDADES.

El agua cumple un ciclo hidrológico natural mediante el cual parte de las aguas presentes en

los cuerpos y cursos de agua superficial, se desplaza hacia la atmósfera en forma de vapor,

precipitándose posteriormente a la tierra, iniciándose nuevamente el ciclo. El agua en latierra puede escurrir y almacenarse superficialmente, percolar hacia el subsuelo, o

evaporarse, todas estas situaciones que afectan de una forma o de otra la disponibilidad de

agua para el sistema de abastecimiento y distribución de agua potable.

Cuando el agua es utilizada dentro de un sistema de abastecimiento y distribución, el ciclo

natural antes descrito es interrumpido, de manera que el agua es captada, tratada, conducida

y distribuida mediante instalaciones del sistema de acueducto para su consumo.

Posteriormente, ya dentro de otro sistema distinto al acueducto (el de aguas servidas), una

vez que se han utilizado estas aguas, ellas son recolectadas, posiblemente -deseablemente-

tratadas, y posteriormente son dispuestas de nuevo en el medio natural para así continuar

con el ciclo hidrológico.

El abastecimiento de agua potable consiste del conjunto de instalaciones necesarias para

captar el agua desde la fuente, tratarla y trasladarla hasta la población donde será

consumida.

La distribución de agua potable se refiere al conjunto de instalaciones que hacen posible el

traslado del agua tratada hasta cada uno de los usuarios del servicio. Las características y

capacidades de estas instalaciones, su costo y vida útil son distintas.

A fines de abordar la comprensión de todo el sistema, en los puntos siguientes se exponen

definiciones acerca de la demanda, la capacidad de las instalaciones, y la proyectación de las

mismas.

1. Lecturas recomendadas:

2) Rivas M., G. “Abastecimientos de agua y alcantarillados. (Acueductos y

Cloacas)”:Cap I; Cap V, La Hidrología, Ciclo Hidrológico.




2) EL AGUA POTABLE

El agua potable es aquella apta para el consumo humano, que cumple las siguientes

condiciones:

- Físicas: es clara, transparente, inodora e insípida. También se imponen ciertas

consideraciones en cuanto a la temperatura, a fines de garantizar la efectividad de

tratamientos químicos. Se realizan exámenes físicos para determinar si el agua cumple

con los requisitos físicos de potabilidad, para determinar las características de su

tratamiento y controlar su calidad.

- Químicas: el agua potable puede contener ciertas sustancias tóxicas o venenosas

disueltas, dentro de limites tolerables prefijados para el consumo humano, puesto que

su eliminación total es muy costosa; además, debe cumplir ciertos parámetros de

alcalinidad y dureza, que permiten su utilización con fines domésticos comunes, aún

cuando el contenido de las sustancias que causan la dureza y la alcalinidad en el agua

puedan ser consumidas sin riesgo para la salud.

La dureza interfiere en la propiedad del agua de disolver el jabón, y produce

incrustaciones en las instalaciones domésticas; puede estar determinada por la presencia

de carbonatos y bicarbonatos y por otros minerales.

La alcalinidad está determinada por ¡a presencia de iones oxidrilo cargados

negativamente (OH-) mientras que la acidez está determinada por la concentración de

iónes de hidrógeno cargados positivamente (H+); el agua potable debe ser neutra o



ligeramente alcalina, a fin de permitir la eliminación de la dureza en el agua, y evitar la

corrosión de las tuberías metálicas.

Los exámenes químicos se realizan para garantizar el cumplimiento de los limites

tolerables de tales sustancias disueltas (por ejemplo, plomo, cobre. cinc, ión sulfato,

magnesio, cloruros, hierro y manganeso combinados, fluoruros, arsénico, selenio), ycontrolar su alcalinidad y su dureza.

- Bacteriológicas: el agua potable no debe contener microorganismos patógenos. Es muy

difícil detectar la presencia de todos los microorganismos patógenos conocidos, por la

exigencia de exámenes de laboratorio y




aparatos muy costosos como para ser instalados en todos los sitios de tratamiento del agua. Por

esta razón, el examen bacteriológico se refiere generalmente a la determinación de

bacterias del grupo coliforme (la ‘escherichia coli” es un bacilo de origen intestinal), las

cuajes son en sí mismas inofensivas, pero cuya identificación en el agua constituye una

evidencia de que la misma ha estado expuesta a descargas humanas o animales, razón por la cual puede contener otros microorganismos que sí producen enfermedades.


3) Hardenbergh, W.A. Rodie, E. “Ingeniería Sanitaria”. Cap 10:10-1 a 10-14.

4) Rivas M., G. Op. Cit.: Cap XII.

1. Actividades:

5) Visitar la planta de tratamiento de agua potable ubicada en La Guairita, y verificar

a realización de ¡os métodos para la potabilización de agua, y de los exámenes para

controlar su calidad.

3) LOS ÍNDICES DE DOTACIÓN DE AGUA POTABLELas investigaciones acerca del consumo de agua por parte de las distintas actividades

urbanas permiten establecer dotaciones, expresables en:

- lts/día/parcela, dependiendo del uso.

- lts/pers/día.

- lts /emp/día, dependiendo del tipo de actividad económica.

- Its/m2 de construcción, dependiendo del uso al cual se destine una edificación.

- lts/consultorio, para establecimientos asistenciales de consulta externa.

- lts/cama, para establecimientos asistenciales de hospitalización,

entre otras unidades de dotación.




Estas dotaciones se establecen normativamente, y su cumplimiento es una directriz para el

diseño de las instalaciones.

Para generalizar, y permitir una comparación de los consumos históricos de una misma

población, o bien para contrastar los consumos entre dos ámbitos geográficos distintos,

usualmente se establece como unidad genérica de dotación o demanda la medida

lts/pers/día, que se obtiene dividiéndose la dotación diaria de todas las actividades dentro de

cierto ámbito (sector, ciudad. sistema de poblaciones) entre el número de personas que

habitan en él.

Existen una serie de factores que afectan el consumo por parte de las distintas actividades

urbanas. Se pueden distinguir los siguientes:

- Consumo doméstico: referido al consumo directo, al riego de jardines, lavado de

vehículos, entre otros usos.

- Consumo industrial y comercial: el consumo de agua potable varía, dependiendo del

tipo de industrias y comercios.

- Consumo público: se refiere al riego de áreas verdes la limpieza de parques y jardines

públicos.

- Consumo por pérdida: parte del agua potable se pierde por mal estado de las

instalaciones.

- Consumo por incendio: aunque constituye una eventualidad, en la dotación de agua potable debe preverse el consumo para la extinción de incendios.

- Factores económicos y sociales: las diferencias en los niveles de ingresos de la

población repercuten directamente en las dotaciones de agua potable es mayor el gasto

en aquellos sectores donde el nivel de ingreso de los residentes es mayor, debido a la

existencia de jardines, electrodomésticos, el lavado de vehículos, entre otras actividades

que, en suma, aumentad el consumo de agua respecto a otros sectores residenciales

menos pudientes.

- Factores climáticos: en los climas fríos el consumo de agua es menor al de los climas

cálidos y húmedos, donde el agua es utilizada para el confort climático.

- Tamaño de la comunidad: el crecimiento poblacional provoca, como consecuencia del

desarrollo económico y la diversidad de actividades urbanas, incremento en el consumo

per cápita.




El consumo de agua potable varia periódicamente. lo que afecta en forma diferenciada el

funcionamiento de distintas partes del sistema de acueducto. Es necesario que ¡as distintas

partes del sistema de aceeducto estén satisfactoriamente diseñadas, de acuerdo a las

variaciones del consumo para diferentes momentos. Con esta finalidad se han adoptado ¡as

siguientes definiciones de consumo:

- Consumo o Gasto medio diario (Qm): promedio de los consumos diarios durante un año

de registros.

Qm = promedio de los consumos diarios durante un año.

Cuando se tiene un desarrollo compuesto por distintas actividades urbanas, el gasto

medio puede estimarse mediante la suma de las dotaciones diarias de todas las

actividades de un desarrollo, dividida entre el total de segundos que tiene un día.

Qm = Suma de las dotaciones diarias de todas las actividades / 86.400 seg

En ocasiones se dispone únicamente de una proyección estadística de la dotación

teórica por persona y por día característica de una población. En este caso, para estimar

el gasto medio es necesario multiplicar la dotación teórica por el número de personas

que habitan en el sitio, y dividirlas entre el total de segundos de un día, esto es:

Qm = Dotación teórica x N° de habitantes / 86.400 seg

- Consumo o Gasto máximo diario (Qmax): el mayor consumo diario observado durante

un año de registros. Puede representar entre 1 .2 a 1 ,5 veces ‘el gasto medio, de modo

que:

Qmax = kl x Orn

donde:

kl: Factor de gasto máximo diario (1,2 a 1,5)




- Consumo o gasto máximo horario (Qmax. h): el consumo correspondiente a la hora de

mayor consumo del día de consumo máximo diario, lo cual puede representar 2 a 3

veces el gasto medio, pudiendo representarse de la siguiente forma:

Qmax.h = k2 x Qm

donde:

k2: Factor de gasto máximo horario (2 a 3)

Es de hacer notar que a medida que las ciudades diversifican sus actividades, se presentan

consumos menos diferenciados entre las horas de mayor y menor consumo, por tanto, los

factores kl y k2 son menores en poblaciones urbanas muy grandes y diversificadas que en

poblaciones rurales.

Las curvas de consumo horario, representación gráfica de las ratas de consumo durante cada

una de las horas del día, y de consumo acumulado, representación gráfica del consumo

acumulado de agua para las distintas horas del día, son importantes para diseñar tas

instalaciones del sistema de abastecimiento y distribución de agua potable, puesto que

algunas deetlas son más susceptibles que otras a las variaciones del consumo, y por tanto su

capacidad de diseño debe prever la situación más exigente en el consumo, a fin de que el

servicio siempre resulte satisfactorio. Por ejemplo, es suficiente que la fuente de

abastecimiento tenga capacidad para abastecer el gasto correspondiente a Qmax: sin

embargo, este gasto es insuficiente para prever la capacidad del almacenamiento de agua en

los estanques, siendo necesario proyectado para un gasto superior a Qmax h.


6) MSAS. “Normas sanitarias para proyecto, construcción, reparación y reforma de

edificios”. G.O. N° 752 Extraordinario 26/02/62: Cap. VI. De las dotaciones de

Agua.

7) Arocha, 5. “Abastecimientos de Agua. Teoría y Diseño” Cap 1:1 y III.




1. Actividades:

8) Suponga el siguiente cuadro característico de un desarrollo:

Determine:

a) Las dotaciones de agua para cada una de estas actividades, en función de las dotaciones

establecidas en las normas sanitarias (MSAS. GO N° 752 Ext. del 26/02/62).

b) EJ Gasto medio, el gasto máximo diario y el gasto máximo horario, adoptando como

factores kl = l,2 y k2 = 3.

9) Suponga que la demanda de acueducto de la población de Tucupido para el día de

máximo consumo se registra tal como se muestra en el siguiente cuadro:

Hora Gasto

1 13,232 13,233 13,234 14.005 16,50

6 26,457 46,038 66,149 56,22

10 49,6111 46,3012 43,6613 42,0014 40,3515 42,0016 43,00

Parcelas unifamiliares de 300 a 400 m2: 60 parcelas

Oficinas: 3000 m2 de área útil

Depósitos de materiales: 1,1 Ha.

Clínica particular: 16 camas.

Consultorios médicos, no dentales: 6 consultorios

Escuela básica de un solo turno:300 alumnos y 30 empleados (incluye

docentes y empleados)

Áreas verdes: 600 m2



17 49.6018 46,3019 43,0020 330721 21.4922 16,5323 14,8824 13,23




Determine:

a) El Gasto máximo diario

b) El Gasto máximo horario.

c) El Gasto medio, suponiendo que el Gasto máximo diario representa el 127 % de este

consumo.

d) Dibuje la curva de variaciones horarias correspondiente a los valores registrados.

e) Construya el diagrama de gastos acumulados, e indique la cantidad de agua que se habrá

consumido entre las 9 am y tas 3 pm. Además ¿Cuál es la pendiente de una recta definida

por los puntos de gasto acumulado para las dos horas mencionadas?. ¿Qué representa esta

pendiente’2

4) CONCEPTOS BÁSICOS ACERCA DE LA DINÁMICA DE LOS LÍQUIDOS

A TRAVÉS DE CONDUCTOS CERRADOS.

4.1 TEOREMA DE BERNOULLI

De acuerdo al teorema de Bernoulli para líquidos incomprensibles en movimiento uniforme,

y sin tomar en cuenta la fricción, la energía total se conserva, pudiendo aparecer

transformada de una sección a otra. Si existe fricción, es necesario cuantificar la pérdida de

energía atribuible al roce y a la turbulencia del agua.

Entonces, si denotamos la energía específica (Es) como aquella que refleja la energía

potencial acumulada (en unidades de altura), se tiene que la energía específica del agua en

un punto “A” situada aguas arriba del conducto que transporta el liquido (EsA) es igual a la

energía concerniente a la velocidad (vA2/2g), más la energía concerniente a la altura (hA), y

la energía concerniente a la presión en que se encuentra el líquido dentro del conducto en

ese punto (pA/w, siendo pA la presión del agua en el punto A, y w la densidad del agua - 1 kg

por 1000 cc-. Nótese que el resultado es también una distancia).

La energía específica en “A” es igual a su correlativa en “B”, situado más abajo (EsB = EsA),

esta última determinada por suma de la energía relativa a la velocidad




(vA2/2g), más la energía relativa a la altura (hB), y la energía relativa a la presión en que se

encuentra el líquido dentro del conducto en ese punto (pB/w).

Cuando existe fricción y turbulencia en el traslado del agua, la energía específica disminuye

con un gradiente que depende de la longitud del recorrido, de modo que para representar la

energía específica que existe en el punto B” es necesario descontar aquella cantidad de

energía que se pierde.

La pérdida de energía debido a la fricción y turbulencia se denomina “pérdida de carga”, y

su estimación es muy importante a efectos del cálculo de los distintos componentes del

sistema de acueducto.

La línea piezométrica está representa por una línea imaginaria cuya altura desde el sitio

donde el agua es conducida representa la cantidad de energía, medida en unidades dedistancia, que tiene el agua en cada punto de la línea, habiéndose descontado la pérdida de

carga.

La presión estática está definida como la diferencia de cotas entre dos puntos. La presión

dinámica o de servicio, en cambio, está referida a la presión obtenida en .la línea

piezométrica, o lo que es lo mismo, la presión estática menos la pérdida de carga.

4.2 FORMULA DE WILLIAMS-HAZEN

La fórmula de aplicación práctica más difundida para estimar la pérdida de carga de una

tubería a presión fue formulada por Williams y Hazen y viene dada por:

V = 1,318Cx r 0’63 x S 0’54

donde:

V: velocidad media del flujo (en pies por segundo).

C: un coeficiente de rugosidad, que depende del tipo y condición del conducto.

r: radio hidráulico (π x diámetro/4, diámetro en pies).

S: pendiente del gradiente hidráulico, o pérdida de carga por unidad de longitud (en pies por

pie de longitud).




De esta manera, a sabiendas del tipo de material del cual está compuesta una tubería y de su

diámetro, pueden determinarse la velocidad del flujo de la tubería, o bien la pérdida de carga

por unidad de longitud de la tubería

Los valores de C, para las tuberías típicas, son los siguientes:

- Tubería de hierro fundido (H.F.), C = 100.

- Tubería de hierro fundido dúctil (H.D.), C = 100.

- Tubería de hierro galvanizado (H.G.). C = 100-110

- Tubería de asbesto cemento a presión, C = 120

- Tubería de policloruro de vinilo (P.V.C.), C = 140

Una modificación de la ecuación anterior adaptada al sistema métrico fue introducida por el

Ing° Ernesto León; la modificación se expresa así:

J = α x L x Qn

donde:

J: pérdida de carga en metros (no es una pendiente como en la fórmula de

Williams-Hazen, sino la pérdida de carga resultante de la longitud de la

tubería, el gasto y el tipo de tubería).

α : Coeficiente que varía con el diámetro de la tubería y el coeficiente C, de la

fórmula de Williams-Hazen.

L: longitud de la tubería, en metros.

O: gasto, en litros por segundo.

n: 1,85 ó 2. Al adoptarse alguno de los dos, los valores de α cambian.

Aparte de las tuberías rectas, otras conexiones producen también pérdidas de carga por

turbulencia, las cuales pueden equipararse a la pérdida de carga equivalentes en longitudes

de tubo.

Generalmente se utilizan nomogramas y ábacos para determinar la magnitud de la pérdida

de carga, y los valores de los coeficientes indeterminados, en lugar de aplicarse

directamente estas fórmulas.





10) Rivas M. G. Op Cit. Cap 2 (hasta la descripción de la fórmula del Ing° Ernesto

León).

11) Hardenbergh, W.A. Rodie, E. Op. Cit. Cap 4: 4-1 a 10-14.

12) Arocha R., S. Op. Cit. Cap. I: IV. Clases de Tuberías.

1. Actividades:

13) Mediante el uso del ábaco suministrado, identifique la pérdida de carga

correspondiente a una tubería de hierro fundido (C = 100) de 300 mm de diámetro,

para un gasto de 6O lts/seg. Compare el valor obtenido de la lectura del ábaco con

el resultado de aplicar la fórmula de Ernesto León:

J = α x L x Q1,85

Busque el valor de en las tablas al final de la lectura del Capítulo 1 del lng° Arocha.

14) Determine la pérdida de carga, la presión estática y la presión dinámica en los

puntos A, B, C y D de tres tuberías (AB, BC y BD) con las siguientes

características:

- Distancias y diámetro de las tuberías, por

tramo:

- Cotas:

- Gasto medio (Qm) a servir, por tramos:

- Factor de gasto máximo horario:

Entre A y B: 110 mts; ø: 6”.

Entre B y C: l00 mts; ø: 4”.

Entre B y D: l20 mts; ø: 6”.

A: 1050 msnm

B: 1028 msnm.

C: 1025 msnm.

D: 1020 msnm.

tramo AB: sin servicio

tramo BC: 0,50 lts/segtramo BD: 3,3 lts/seg

k2 = 2,5




Construya un cuadro que especifique los siguientes rubros por columna: Tramo, Gasto,

Gasto de tránsito (gasto propio del tramo más el que proviene de otros posteriores, longitud,

Gasto de Diseño, ø, J del tramo, ∑J, Cota terrenos (por cada extremo), presión estática (por

cada extremo), presión dinámica (por cada extremo).

5) PARTES DE UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DE

AGUA POTABLE

5.1 FUENTES DE AGUA

Se deben considerar dos tipos: aguas superficiales y aguas subterráneas. Deben ser capaces

para suministrar el gasto máximo diario (Qmax).

Las aguas subterráneas son aquellas que están en el subsuelo, habiéndose introducido por

percolación. Se mantienen en movimiento a través de estratos geológicos (Acuiferos)

capaces de contenerlas y de permitir su circulación. Existen dos tipos:

- Acuiferos libres: El nivel del agua coincide con el nivel superior de la formación

geológica que lo contiene, por lo que la presión del agua es igual a la presión

atmosférica.

- Acuíferos confinados: o artesianos, en los que el agua está confinada entre dos estratos

impermeables, por lo que la presión del agua es superior a la atmosférica.

ASPECTOS CUANTITATIVOS Y DE EXPLOTACION:

Aguas Superficiales

- Generalmente aportan mayor caudal

- Caudales variables

- No siempre precisan bombeo

- Captación lejana al consumo

- Costo de bombeo bajos

Aguas Subterráneas

- Generalmente disponen de caudales bajos

- Caudales poco variables

- Casi siempre requieren bombeo

- Captación cercana al consumo

- Costo de bombeo altos

ASPECTOS CUALITATIVOS:




Aguas Superficiales

- Color variable

- Temperatura variable

- Mineralización variable, generalmente

alta

- Dureza generalmente alta

- Estabilización variable, generalmente

corrosivas

- Contaminación bacteriológica variable,

generalmente contaminadas

- Expuestas a contaminación radiológica

Aguas Subterráneas

- Color constante, bajo o ninguno

- Temperatura constante- Mineralización constante, depende del

subsuelo.

- Dureza depende del subsuelo generalmente

alta.

- Estabilización constante, generalmente

incrustantes.

- Contaminación constante, generalmente

poca o ninguna.

- Protegida contra la contaminación directa

La elección de una u otra fuente considerará aquel diseño que reduzca al mínimo durante el

período útil, los inconvenientes peculiares a cada fuente y haga más eficiente el servicio. En

particular se realizan las siguientes consideraciones:

ESTADO SANITARIO

Aguas Superficiales:

- Naturaleza de la geología superficial de la

hoya para prever la sedimentación, la

percolación u otras características relevantes

para la utilización de esta fuente.

- Características de la vegetación.

- Presencia o ausencia de moradores en los

márgenes.

- Focos de contaminación (descargas de aguas

negras, granjas para cría de animales,

balnearios, lavaderos).

Aguas Subterráneas:

- Es necesario realizar análisis físico químicos

y bacteriológicos a fin de establecer la

posibilidad de explotar esta fuente.



UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR CARRERA DE URBANISMO. ServiciosUrbanos II - 14 - Tema 2: El Abastecimiento y distribución de agua potable.




CAUDAL DISPONIBLE

Aguas Superficiales:

- La capacidad de la fuente superficial debe ser

suficiente para abastecer el gasto requerido para el

periodo de diseño prefijado para el sistema de

abastecimiento. En este sentido se tienen dos

posibilidades:

1) Caudal disponible sin regulación:

el gasto mínimo para el periodo de registros es

mayor al gasto máximo diario para el periodo de

diseño prefijado.

2) Caudal disponible con regulación:el gasto mínimo para el periodo de registros es menor

al gasto máximo diario para el periodo de diseño

prefijado. Se requiere entonces el represamiento de

aguas, de forma tal que pueda satisfacerse la

demanda en las épocas de baja escorrentía con el

exceso almacenado en la época de crecidas.

Aguas Subterráneas:

- La propiedad de los acuíferos de contener y

conducir agua está gobernada por varios

factores: porosidad, permeabilidad,

transmisibilidad, producción específica y

coeficiente de almacenamiento. Además es

necesario estudiar la hidráulica de las aguas

subterráneas, a fin de establecer la posibilidad de

explotarlas.

5.2 OBRAS DE CAPTACION

Dependerán del tipo de fuente, existiendo diversos tipos. Su capacidad de diseño será igual

al gasto medio afectado por un factor K1, correspondiente al consumo máximo diario.

• Estructuras de captación de fuentes superficiales sin regulación:

- Diques-toma: deben cumplir con las siguientes condiciones:

1) EI nivel de entrada de aguas debe quedar a la altura máxima posible, para evitar ser

alcanzado por los sedimentos.2) El área de captación debe protegerse contra el paso de material grueso.

3) La velocidad de la corriente en la cercanía de la estructura debe ser tal que no provoque

excesiva sedimentación.

4) Debe ofrecer seguridad de volcamiento y deslizamiento, mediante anclajes firmes y

seguros.




- Lecho filtrante: evita el problema de la obstrucción de la zona de captación. Para evitar

el material de arrastre se desvía el curso de agua y se construye un pozo recolector.

- Estaciones fijas o flotantes de bombeo: son utilizadas en grandes cuerpos de agua o encursos de agua muy importantes. Las estaciones flotantes se utilizan cuando la variación

en el nivel de las aguas imposibilita fijar una cofa adecuada para la criba de succión.

• Estructuras de captación de fuentes superficiales reguladas:

Supone el diseño y construcción de un dique para almacenar las aguas. Se utilizan diversas

instalaciones para la captación:

- Torre-Toma: se trata de una torre que consta de distintas compuertas a diferentesniveles, para captar el gasto deseado.

- Estructura sumergida: se utiliza en el caso de gastos pequeños. Tiene el inconveniente

de la sedimentación y, por consiguiente, de la obstrucción de la tubería.

- Sifón: se trata de una tubería que toma agua dentro del embalse a una cota donde

siempre habrá agua, eliminándose así el riesgo de obstrucción por sedimentación.

• Estructuras de captación de fuentes subterráneas:

- Pozo: es una estructura de captación de aguas subterráneas; en tanto que la operación

del pozo altera la distancia entre superficie y nivel de aguas subterráneas, es

conveniente definir: diámetro de la tubería, profundidad, longitud de la zona de

captación, área libre de captación y abertura, engranzonado del pozo, tipo de pozo

(influencia del abatimiento).

- Galerías de infiltración: consiste de una canalización, túnel o tubería ranurados,construidos por debajo del nivel freático de estratos acuíferos cercanos a ríos, de forma

de interceptar la corriente, provocando su captación.




5.3 LINEA DE ADUCCION

Se trata de la tubería que conduce el agua desde la obra de captación hasta el estanque de

almacenamiento .Su capacidad de diseño será igual al gasto medio afectado por un factor

K1, correspondiente al consumo máximo diario.

La operación de una línea de aducción puede ser por gravedad o por bombeo.

• Línea de Aducci6n por gravedad:

En caso de que la obra de captación se encuentre en un punto más alto que los sitios a

abastecer, la energía necesaria para transportar el agua puede ser por gravedad. Para el

diseño de una línea de aducción por gravedad se deben definir:

5) Carga disponible (diferencia de elevación entre ambos puntos)

6) Capacidad para transportar el gasto máximo diario.

7) Tipo de material y ubicación (elevada o enterrada)

8) Diámetro

9) Estructuras complementarias:

- Válvulas de expulsión de aire: sirven para purgar las tuberías, eliminando el aire que se

acumula en los puntos altos.

- Válvulas de limpieza: la acumulación de sedimentos en puntos bajos de la tubería es

eliminada con estas válvulas.

- Tanquillas rompe cargas: son estructuras destinadas a reducir la presión en la tubería,donde el agua pierde energía cinética al depositarse temporalmente en una tanquilla.

- Válvulas reductoras de presión: son mecanismos que producen una pérdida de carga

constante, cualquiera que sea la presión de entrada y el gasto.




- Válvulas reguladoras de presión: son mecanismos que mantienen una presión constante

en la descarga, aunque en la entrada varíe el flujo o la presión.

- Desarenadores: es un dispositivo que permite la retención del agua, de tal modo que

partículas de arena puedan decantar como resultado de las fuerzas de gravedad y deotras fuerzas. De esta manera, se elimina el paso de material de cierto tamaño, sobre

todo en épocas lluviosas, que arruinarían el sistema de aducción o provocaría

inmediatamente desajustes.

• Líneas de aducción por bombeo:

La existencia de fuentes de almacenamiento a elevaciones interiores al sitio de

almacenamiento, obliga a ¡a construcción de líneas de aducción por bombeo. En el diseño

de un sistema de aducción por bombeo privan tas siguientes consideraciones:

10) Diámetros de tubería pequeños y estaciones de bombeo grandes.

11) Diámetros de tubería grandes, y estaciones de bombeo pequeñas.

12) Capacidad del sistema: en tanto que el bombeo depende del número de horas en que se

encuentren funcionando las bombas, para suplir un gasto igual al gasto máximo diario

de la comunidad a servir, el suministro debe incrementarse en función de las horas en

que éstas no funcionarán, de modo que el gasto de bombeo (Qb) es igual a:

Qb = K1 x Qm x (24÷N)

siendo:

N = N° de horas en que funcionarán las bombas.

5.4 ESTANQUE DE ALMACENAMIENTO

Los estanques de almacenamiento de agua cumplen tres propósitos fundamentales:

compensar las variaciones horarias del consumo, mantener las




presiones de servicio en la red de distribución y almacenar cierta cantidad de agua para

contingencias (incendios, interrupciones en la aducción).

La capacidad del almacenamiento está en función de:

1) Compensar las variaciones horarias.

2) Atender emergencias durante incendios.

3) Provisión de reserva para contingencias.

4) Funcionamiento como parte del sistema.

En el dimensionamiento de un estanque de almacenamiento se utiliza la curva de gastos

acumulados del consumo horario.

5.5 REDES DE DISTRIBIJCIÓN

Está conformada por el conjunto de tuberías que permiten suministrar el servicio a cada una

de las parcelas componentes de un desarrollo urbanístico. Su capacidad de diseño debe

contemplar las condiciones más desfavorables: consumo máximo horario y consumo por

incendio (factores k2 y k3), de modo que el gasto de diseño para tuberías de distribución

viene dado por:

Qi = k3 Qm + i

donde:

Qi: gasto de diseño considerando la posibilidad de un incendio.

k3: factor que conjuga la probabilidad de que un incendio ocurra en el mismo momento en

que se produce el consumo máximo horario.

i : gasto a suplir para la extinción del incendio, determinado por las Normas del INOS.




Cuando el área a servir tiene un gasto suficientemente grande (más de 50 lts/seg), es

suficiente con adoptar el gasto correspondiente al consumo máximo horario para garantizar

la dotación para incendio.

Las presiones en la red de distribución deben mantenerse dentro de un cierto rango para

evitar que el servicio no llegue hasta algunas parcelas, o bien que la presión deteriore las

conexiones de agua locales. Normalmente, el INOS establece presiones dinámicas (presión

estática menos la pérdida de carga ocasionada por la tubería) no mayores de 70 mts, ni

menores de 25 mts.

Pueden distinguirse dos tipos de redes:

1) Tipo ramificado: son redes de distribución constituidas por un ramal troncal y una serie de

derivaciones o ramales que pueden constituir pequeñas mallas, o culminar en puntos ciegos.

Se utiliza en casos donde la topografía impide, por razones de costos, la interconexión entre

ramales, o cuando el desarrollo urbano a servir es lineal, a lo largo de una avenida o

carretera, encontrándose distanciados los diferentes desarrollos.

2) Tipo mallado: son aquellas redes constituidas por tuberías interconectadas, formando

mallas. Este tipo de red de distribución es el más conveniente, puesto que evita el corte del

servicio en grandes zonas en caso de que se requiera realizar reparaciones, y como el agua

se mantiene en circulación constante no adquiere sabores indeseables.

Dentro de un sistema de distribución mallado existen diversos tipos de tuberías, a saber:

1) Tuberías matrices o alimentadoras: son aquellas que abastecen a la maJla desde el sitio de

almacenamiento o de bombeo. No deben ser utilizadas para abastecer directamente a las

parcelas. Generalmente tienen un diámetro mayor a 20 pulgadas (500 mm).

2) Tuberías principales: son las que forman la malta. En su diseño debe tomarse en cuenta el

posible desarrollo o crecimiento del sector, por lo cual se distinguen dos tipos de mallas:

mallas externas, que permiten expandir el servicio hacia zonas exteriores no servidas donde

en el futuro habrá



expansión urbana, y; mallas internas, previstas en aquellos sitios donde no es previsible un

crecimiento hacia el exterior.

Las tuberías principales tampoco abastecen directamente a las parcelas, pero sí suministran

agua para la instalación de hidrantes para incendio. El diámetro de estas tuberíasgeneralmente se encuentra entre 10 y 20 pulgadas (250 -500 mm).

3) Tuberías de distribución, menores, o ‘de relleno: son las tuberías que, mediante conexiones

particulares, dispensan agua directamente a las parcelas. Su diámetro oscila entre 3 y 10

pulgadas (75 a 250 mm).

El dimensionamiento de las tuberías de acueducto depende de la estimación de los gastos de

tránsito que circulan por cada tramo de la red, escogiéndose por tramo aquel diámetro de

tubo que presenta la mejor relación costo-seguridad para suplir dicho gasto; estas relaciones

generalmente se han tabulado en tablas que relacionan el diámetro con el gasto y lasvelocidades máximas recomendables para un diseño económico. Los métodos usualmente

utilizados para asignar gastos de tránsito son:

- Método de repartición media: en el cual se dividen a la mitad los gastos

correspondientes a cada tramo de la red.

- Método de asignación de pesos a los nodos: en el cual se le otorgan pesos a los nodos

en función del área que sirven y del gasto correspondiente a dichas áreas.

La estimación del gasto que pasa por las tuberías se realiza mediante un método iterativo

que pretende equilibrar las pérdidas de carga en las conexiones de los tubos, bajo la

restricción de que el agua que llega a un nodo debe ser igual a la cantidad que sale; el

método utilizado es denominando “método de Hardy Cross”, y permite además determinar

las presiones de la red en los nodos, lo cual es muy útil para verificar si se cumplen los

rangos de tolerancia de las presiones en la red de distribución (20-75 mts), y para indicar

algunas características para sus instalaciones (por ejemplo, altura necesaria del tanque dealmacenamiento para lograr la presión requerida en un sistema por gravedad).

Los pasos para aplicar el balance por el método de Hardy Cross son:

1) Para una rnalla, indicar los gastos por tramo, para el consumo máximo horario.



2) Para cada tramo, se asignan gastos “acumulados”, es decir, el gasto que viene desde el

inicio de la malla, sin suponerse consumos por nodo, sino por tramo. En este paso debe

adoptarse una repartición lógica” de los gastos por tramo, es decir, debe asumirse una

hipótesis acerca del sentido de circulación del agua por la malla. En cada nodo debecumplirse que la cantidad de agua que entra es igual a la que sale.

3) Se reparten por nodo los gastos por tramo obtenidos en el paso 1, bien sea mediante el

método de la repartición media, o por el “peso” de cada nodo.

4) Al gasto acumulado (paso 2) se descuenta el gasto por nodo (paso 3), obteniéndose así un

gasto promedio de tránsito, el cual permite seleccionar el diámetro de la tubería. Nótese que

los gastos adoptados en este paso son inferiores a los obtenidos en el paso 2, permitiendo la

selección de diámetros más pequeños y, por ende, más económicos.

5) En función del coeficiente de rugosidad característico de cada tipo de tubo, de la longitud de

la tubería, y del gasto adoptado, se estima la pérdida de carga por tramo.

6) Se estima el valor de la variable de corrección de Hardy Cross:

q = (∑J) / (1,85 ∑ J/Q)

asignándole valor positivo a los flujos que van en el sentido de las agujas del reloj, y

negativo a aquellos que van en sentido contrario.

7) Si el valor de q es mayor al aceptable para el diseño del sistema (q mim), corregir el gasto

adoptado por tramo, en función del signo, esto es, si q es negativo, debe restársele a los

gastos en sentido negativo y sumársele a los gastos en sentido positivo; en cambio, si es positivo, debe procederse al contrario (restársele a los gastos en sentido positivo, y

sumársele a los gastos en sentido negativo). Luego, con los nuevos gastos, repetir el paso 6

(iterar).

8) Si el valor q es igual o menor al qrnin, parar el proceso de corrección. Adoptar para el

diseño las pérdidas de carga y los gastos resultantes de la última iteración.

1. Lecturas recomendadas

15) Arocha, S. Op Cit. Cap. ¿...?

16) Rivas M., G. Op Cit. Cap. ¿...?




1. Actividades:

17) Repetir el ejemplo de estimación de la capacidad para distintos componentes de la

red de abastecimiento y distribución que aparece en el Capitulo 1 del libro de

Simón Arocha, pero con un gasto medio de 150 lts/seg.

18) Realizar el ejercicio incluido en el libro de Simón Arocha, referido a la estimación

del gasto para la red alta, pero adoptando distintos gastos por tramo

6) DE LA PLANIFICACIÓN DE USOS DEL SUELO A LA ELABORACIÓN

DE UN PROYECTO DEFINITIVO DE ABASTECIMIENTO Y

DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE.

En los planes de usos del suelo (y. gr los planes de ordenación urbanística y los planes de

desarrollo urbano ocal), se incluye como alcance (LOOU):

En los POU:

- Art 24, ord. 6~. La red de abastecimiento de agua potable...

En los PDUL:

- Art 34, ord. 6~. El trazado y características de la red de dotación de agua potable, en la

secuencia de incorporación recomendada.

La consideración de la capacidad de las instalaciones del sistema de acueducto es de vital

importancia en la planificación de los usos del suelo, pues la posibilidad de sostener

adecuadamente el crecimiento urbano futuro depende, en gran medida, de la disponibilidad

de agua. Así mismo, la extensión del área urbana, las densidades poblacionales y la

distribución de usos no residenciales, influyen de manera determinante en la demanda

geográfica del recurso agua, y por ende, en la capacidad de las instalaciones futuras. En

pocas palabras, el ordenamiento urbano y el acueducto son variables mutuamente

dependientes en la planificación urbana.

Por otra parte, los organismos públicos que construyen obras de acueducto (antes el lNOS,

ahora, todas las empresas regionales para la distribución de agua potable), formulan sus

propios planes maestros de distribución de agua, en los cuales se



especifican las características de los sistemas de distribución. indicándose los futuros

alimentadores y mallas a construir para expandir el servicio, y la sustitución de diámetros de

tuberías en tramos ya existentes.

El proyecto definitivo de acueducto depende de la existencia de un plano de topografía

modificada donde se indiquen las cotas del terreno, para así determinar las cotas en las que

se encontrarán las distintas instalaciones del sistema. Existe una simbología convencional

para la representación gráfica de las instalaciones, y especificaciones para la construcción

del sistema proyectado. Asimismo, la mayoría de las instalaciones han sido previamente

codificadas para permitir la elaboración de presupuestos y la construcción del sistema.


19) LOOU. Art 24 y 34.

7) EL TRAZADO URBANO Y EL PROYECTO DE ABASTECIMIENTO.

En el libro “Urbanization Primer” se realiza una comparación de la longitud, componentes y

costos de la tubería de distribución de agua para distintos trazados urbanos, diferenciándose

principalmente trazados tipo “retícula” de otros trazados tipo “clusters”, variando el tamaño

de los lotes y el área destinada a servicios comunales.

Después de adoptar diversos criterios de diseño con la finalidad de hacer comparables los

modelos teóricos de trazados allí descritos, se tienen las siguientes conclusiones, que vale la

pena resallar:

1) Los trazados en forma de retícula son más costosos por Ha, que los del tipo “cluster”, para

igual número de parcelas servidas (casi un 50 % de diferencia en los costos).

2) Si se reduce el criterio de dotación estándar de una conexión domiciliaria por parcela, a una

dotación mínima de una conexión por grupo de parcela, de modo que la distancia de

caminado no sea mayor a 100 mts (pila pública). Los costos pueden llegar a reducirse al

menos un 35 % en cualquiera de las dos tipologías de trazados teóricos.




3) En el trazado reticular, los costos por Ha pueden reducirse si se aumenta el tamaño de los

lotes, al reducirse notoriamente el número de conexiones.

4) Las diferencias en los costos son imputables principalmente a la reducción en el número de

componentes necesarios (válvulas de cierre, conexiones, etc), antes que a la longitud de lastuberías.

1. Lecturas recomendas:

20) Caminos, H. Goethert, R. Op Cit. 3.6. Water Supply.

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