Clase de Poblaciones
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CONSIDERACIONES y CALCULOS DE
DISEÑO DE SISTEMAS DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE:
• Captaciones
• Plantas de Tratamiento
• Líneas de Conducción.
• Reservorios.
• Líneas de Aducción.
• Redes de Distribución.
Es 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. Período de Diseño: 20 años
a) Determinación del Período de Diseño
¿Calcular la población futura para la APV San Isidro, del
Distrito del Cusco si se tiene los siguientes datos:
Censo (año) Población
1990 800
2001 1200
2015 1550
Población Futura 2035 ?
b) Estimación de la Población de Diseño Esta población es la futura, calculada en base a la población actual y período de diseño optado.
r2 = 1550 – 1200 = 25.00
14
r1 = 1200 – 800 = 36.36
11 r = Pa − Pi
n
Método Aritmético:
Donde:
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.
Pf = Pa + rN
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.
Método Aritmético:
Censo (año) Población
1990 800
2001 1200
2015 1550
Población Futura 2035 ?
rp = 30.68
Pf = 1550 + 30.68 (20)
Pf = 2163.6 = 2164
Método Geométrico Se considera que la población crece en forma semejante a un capital puesto a
interés compuesto
Se emplea cuando la población esta en sus inicios o en saturación, mas no en
crecimiento sostenido.
r = (Pa/Pi) - 1 1/(ta-ti)
( tf- ta)
Pf = Pa *(1+ r) Donde:
Pf = Población Futura
Pa = Población actual
Pi = Población inicial
r = Factor de cambio o tasa de crecimiento anual
tf = Tiempo futuro
ta = Tiempo actual
ti = Tiempo inicial
Censo (año) Población
1990 800
2001 1200
2015 1550
Población Futura 2035 ?
Pf = 2693
1/11 r1 = 1200 -1 = 0.0375
800
Método Geométrico:
r2 = 1550 -1= 0.0184
1200
rp = 0.0279
Pf = 1550 (1 + 0.0279)
1/14
20
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- ti))
Donde;
Pf = Población Futura
Pi = Población inicial
r = Razón de crecimiento
tf = Tiempo futuro (ti+1)
ti = Tiempo inicial
Censo (año) Población
1990 800
2001 1200
2015 1550
Población Futura 2035 ?
Método Interés Simple:
r1 = 1200 -800 = 0.0454
800(2001-1990)
r2 = 1550 – 1200 = 0.0208
1200(2015-2001)
rp = 0.03314
Pf = 1550 (1 + 0.03314 (20))
Pf = 2578.00
1) Calculamos la Población Futura:
• Periodo de Diseño = 20 años (P. Urbana).
• Calculo de Población Futura.
Método Aritmético:
r1 = 1200 – 800 = 36.36
11
r2 = 1550 – 1200 = 25.00
14
rp = 30.68
Pf = 1550 + 30.68 (20)
Pf = 2163.6 = 2164.00
Método Geométrico:
r1 = 1200 -1 = 0.0375
800
r2 = 1550 -1= 0.0184
1200
rp = 0.0279
Pf = 1550 (1 + 0.0279)
Pf = 2693.00
1/11
1/14
20
Método Interés Simple:
r1 = 1200 -800 = 0.0454
800(2001-1990)
r2 = 1550 – 1200 = 0.0208
1200(2015-2001)
rp = 0.03314
Pf = 1550 (1 + 0.03314 (20))
Pf = 2578.00
Consumo Promedio Anual?
c) Determinación del Consumo y Demanda de Dotación.
Consumo: Es la determinada cantidad de agua que se asigna a
cualquier uso.
Demanda de Dotación (MINSA).
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/d
Menos 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.
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
e) Consumo Máximo Horario:
Se estima como: 200% del consumo máximo diario nos 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
FUENTES DE AGUA. CLASIFICACION DE LAS FUENTES DE
AGUA SEGÚN SU ORIGEN SE
CLASIFICAN EN :
a) AGUA METEÓRICAS (Lluvia, Nieve,
Granizo).
b) AGUA SUPERFICIAL (Ríos, Lagos,
Presas).
c) AGUA DE MAR (Mares, océanos).
d) AGUA DE MANATIAL (Agua
Superficial).
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
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.
Tipos de manantes:
Tipo Ladera Tipo Fondo
1.- Por su ubicación:
• De ladera.
• De fondo.
2.- Por su forma de afloramiento:
• Concentrados.
• Difusos.
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.
DISEÑO DE CAPTACIONES DE AGUA
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 /2g = 0.0278m. Recomendado asumir h = 0.50 m.
• Entonces Qicap =
Qicap: Para D = 2” = 0.0518m y h = 0.50 m
Q= pi D² Cd 2gh = 0.00535 m³/seg. = 5.35 lps.
4
Q = m³/seg
D = m.
Cd = 0.81 orificios de pared gruesa
g = 9.81 m/seg.
h = m. (0.4m recomendado).
Qicap < Qmaxf
5.35 < 8.6 se aumentara el numero de orificios.
Q=0.60 A 2gh Q=0.81 A 2gh
Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda
ho
Hf H
L
1 2
Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda
ho
Hf H
L
Q1 = Q2
Cd x A1 x V1 = Cd x A2 x V2
Siendo: A1 = A2
V2 = Velocidad de pase
(Valores menores iguales a 0.6 m/s).
Cd = Coeficiente de Descarga (0.6 – 0.8).
ho = Distancia de Carga en afloramiento.
hf = Perdida de Carga
1 2
Hf = 0.3*L
H = ho + hf
V = V2 = {2gh/1.52}½
Calculo de la distancia entre el afloramiento y la Cámara húmeda
Asumiendo: H = 0.50 m
V = 0.55 m/seg.
ho = 1.52 V² / 2g =
ho = 0.0234 m
Donde hf = H – ho = 0.50 – 0.0234
hf = 0.4766
L = hf / 0.3 = 1.59 = 1.60 m
L = Distancia entre el afloramiento y la
Cámara húmeda (m).
ho
Hf H
L
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)
dc = 4 Q = 4 A = 0.06252 m., para Qmaxf = 8.6 lps y h = 0.40 m.
pi 2gh Cd pi
Si dc > D (diámetro asumido) entonces: necesitamos + orificios
Na = Área del diámetro calculado + 1 ó (d/D)² + 1 = 2.2 a 2.5
Área del diámetro asumido
Tomamos 3 orificios de 2”
Calculo del ancho de la pantalla (b).
b = 2(6D) + Na D + 3D (Na + 1)
b = ancho de la pantalla
Na = Número de orificios
D = diámetro asumido
b = 1.3986 = 1.40 m.
b
Altura de la Cámara húmeda. Ht = A + B + H + D + E
Altura de Captación
H = 1.52 V²/2g = 0.028m para V= 0.6m/seg
H = 1.52 V²/2g = 1.52 Qmd²/ 2gA²
H = 1.52 (0.0086)² = 0.2755 m.
2 (9.81)(pi (0.0381)²)²
H = 27.55 cm. = 30 cm. Recomendable
Ht = 0.10 + 0.0762 + 0.30 + 0.05 + 0.30
Ht = 0.8262 asumir = 1.0 m. min. a 1.50 m.
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 m²
3Dc < L < 6 Dc
9” < L < 18”
L = 18”
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
S
D = pulgadas.
Q = lps.
S = m/m.
Para C = 140 (PVC)
D = 4.23” = 5”
0.38
0.21
ESQUEMA DE ABASTECIMIENTO A LA CIUDAD DEL CUSCO
AL 31DE JULIO DEL 2,007
POBLACION SERVIDA
67,325 hab.
SISTEMA PIURAY
POBLACION SERVIDA
13,536 hab.
SISTEMA SALKANTAY
POBLACION SERVIDA
18,991 hab.
SISTEMA
JAQUIRA
Q=9.76 l/s
POBLACION SERVIDA
19,022 hab.
SISTEMA KOR-KOR
Q= 23.50 l/s
R. Arco.
R. V. Maria
R. Independencia
LAGUNA
PIURAY
MANANTES
KORKOR
R. Tambillo
JAQUIRA
Q=299.87 Lts/Seg
Q=290.70 l/s
Q=15.47l/s
R. JAQUIRA
PLANTA
POTABILIZADORA
SANTA ANA
1000 m3
PLANTA
JAQUIRA
300 m3
POBLACION SERVIDA
121,318 hab.
SISTEMA
VILCANOTA
Q=279.09 l/s
R 12
4,500 m3
EB 3 EB 2 412 l/s 412 l/s 412 l/s
P1 P2 P3 P4
R. Hatun Huaylla.