Memoria

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERIA

ASIGNATURA: ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

ESTUDIANTES: PAÚL MUÑOZ

PAÚL ORELLANA

CHRISTIAN ORELLANA

“DISEÑO DE LA CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE PARA LA PARROQUIA DE SAYAUSÍ, PROVINCIA DEL AZUAY”

PROFESOR: ING. DIEGO IDROVO.

NOVENO SEMESTRE

Enero de 2015

Abastecimiento - Conducción

Tabla de contenido1. INTRODUCCIÓN.................................................................................................................4

2. OBJETIVOS........................................................................................................................4

2.1 Generales..................................................................................................................4

2.2 Específicos.................................................................................................................4

3. DESCRIPCIONES GENERALES............................................................................................4

3.1 Historia......................................................................................................................4

3.2 Localización Geográfica, Acceso y Extensión.............................................................4

3.3 Actividad Económica.................................................................................................5

3.4 Aspectos socio económicos.......................................................................................6

4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DE DISEÑO........................................................................6

4.1 Conceptos básicos.....................................................................................................6

4.2 Aspectos a considerar en el diseño...........................................................................7

4.3 Período de diseño......................................................................................................7

4.4 Población de diseño...................................................................................................7

4.4.1 Método Aritmético..................................................................................................7

4.4.2 Método geométrico................................................................................................8

4.4.3 Modelo de Crecimiento Hiperbólico........................................................................9

4.5 Dotación..................................................................................................................10

Consideraciones..............................................................................................................11

4.6 Consumo Medio Diario (CMD)..................................................................................11

4.7 Caudal Máximo Diario..............................................................................................11

5. CONSIDERACIONES DE DISEÑO......................................................................................12

5.1 Trazado de la conducción........................................................................................12

5.2 Línea Piezométrica..................................................................................................12

5.3 Tuberías..................................................................................................................12

5.4 Presiones de diseño.................................................................................................12

5.5 Diámetros................................................................................................................12

5.6 Estructuras complementarias..................................................................................13

6. CÁLCULOS Y DIMENSIONAMIENTO..................................................................................14

6.1 Diámetros de la Conducción....................................................................................14

6.2 Válvulas de Aire.......................................................................................................15

6.3 Válvulas de Limpieza...............................................................................................15

7. DETALLE DE ACCESORIOS Y PRESUPUESTOS..................................................................16

7.1 Lista de codos requeridos para el proyecto.............................................................16

7.2 Presupuesto Referencial..........................................................................................18

2


8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..........................................................................19

9. REFERENCIAS..................................................................................................................20

10. ANEXO – CATÁLOGOS DE PLASTIGAMA.......................................................................21

10.1 Codos y accesorios..................................................................................................21

10.2 Tuberías..................................................................................................................22

10.3 Costo de accesorios.................................................................................................23

10.4 PLANOS...................................................................................................................24

10.4.1 CONDUCCIÓN – ALTERNATIVA 1.......................................................................24

10.4.2 CONDUCCIÓN – ALTERNATIVA 2.......................................................................25

10.4.3 DETALLE DE VÁLVULAS....................................................................................26

10.5 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO...........................................................27

10.5.1 OBJETIVO..........................................................................................................27

10.5.2 DEFINICIONES PRELIMINARES...........................................................................27

10.5.3 OPERACIÓN......................................................................................................27

10.5.4 MANTENIMIENTO..............................................................................................28

10.5.5 REFERENCIAS...................................................................................................29

3


DISEÑO DE LA CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE PARA LA PARROQUIA DE SAYAUSÍ, PROVINCIA DEL AZUAY

1. INTRODUCCIÓNEl crecimiento de la población acarrea problemas de orden sanitario derivados de la carencia de un adecuado sistema de prestación de agua potable que incrementa los riesgos de contraer enfermedades relacionadas con una prestación segura de este servicio.

Para realizar un proyecto que abarque un sistema de abastecimiento de agua tal como lo es el tema a desarrollar en el presente trabajo, es importante considerar parámetros que permitan escoger un buen trazado para la tubería y de este modo asegurar una periodo de vida útil, factible para la línea de conducción.

Además el diseñador deberá garantizar en todo momento la eficacia y la seguridad del proyecto, consiguiendo un diseño económico que se respalde en cálculos y criterios basados en diversos autores.

2. OBJETIVOS2.1Generales

Diseñar la conducción del sistema de agua potable para la parroquia Sayausí perteneciente al cantón Cuenca, Provincia del Azuay, entendiendo el proceso de diseño como tal.

2.2Específicos Calcular y diseñar la conducción de un sistema de agua potable. Elaborar el manual de operación y mantenimiento del sistema de agua potable. Realizar el presupuesto total de la obra. Realizar la memoria técnico - descriptiva del proyecto.

3. DESCRIPCIONES GENERALES3.1Historia

De acuerdo a las descripciones del origen del nombre Sayausí, su existencia data desde tiempos de los Cañaris y en 1557 era considerada como anexo de la Parroquia urbana de San Sebastián.

Datos importantes sobre la historia de Sayausí se tienen especialmente por la explotación minera en el cerro, actividad que se dio desde el siglo XVIII según datos del libro de Juan Chacón “Historia de la Minería de Cuenca”. Más adelante en 1858 en un libro publicado por el Dr. Manuel Villavicencio bajo el título de “Geografía de República del Ecuador”, indica que el Cantón Cuenca tiene tres parroquias: Sagrario, San Sebastián con su anexo Sayausí y San Blas.

Sayausí es conocida como jurisdicción territorial desde mediados del Siglo XIX, el documento más antiguo que se conoce es la Ley de División Territorial que fue aprobada por la Asamblea Nacional el 27 de mayo de 1878, en donde consta como parroquia del Cantón Cuenca.

3.2Localización Geográfica, Acceso y ExtensiónLa parroquia Sayausí se encuentra ubicada al Noreste del cantón Cuenca, perteneciente a la Provincia de Azuay.

4


Limita al norte con la Parroquias de Molleturo, Chiquintad y parte de la Parroquia San Antonio de la Provincia del Cañar; al sur con la Parroquia San Joaquín y parte del área urbana de Cuenca; al este con la Parroquia Sinincay, y al oeste con la Parroquia Molleturo (Ver Figura 1). Tiene una superficie de 315,73 km2.

Se encuentra a una distancia aproximada de 8 km desde la Ciudad de Cuenca, realizando el recorrido por la Av. Ordoñez Lazo, por lo tanto colinda con el área urbana de la ciudad de Cuenca y además parte de su territorio ha pasado a formar parte de esta.

La parroquia Sayausi está conformado por 11 comunidades levantadas por el equipo técnico del Plan de Ordenamiento Territorial, de las cuales la comunidad conocida como centro parroquial cuenta con 58.44 ha.

Figura 1. Ubicación de la parroquia Sayausí dentro del cantón Cuenca.

3.3Actividad EconómicaUna de las actividades de ocupación de la población sin desmerecer el valor de los métodos tradicionales tanto en la producción agrícola, pecuaria y forestal que en la mayoría de comunidades de Sayausí predominan, pero que puede ser la causa de una baja productividad y rentabilidad especialmente en el área agrícola, se determina que basan su

5


estrategia en las prácticas tradicionales (mayor participación de mano de obra familiar y no calificada) que han trascendido de generación en generación y basados en la propia curiosidad del hombre por ver mejores resultados.

A decir de los moradores de los 11 barrios, la población de Sayausí se dedica mayoritariamente al cultivo del maíz en asocio con fréjol y habas, seguido de hortalizas, papas, así como de flores y plantas medicinales; 6 de los 11 barrios le identifican al pasto como uno de los cultivos relevantes sobre todo para la crianza de sus animales. De manera general, son los pequeños productores los que hacen mayor presencia en la parroquia, sus propiedades están entre 500 a 1000m². La producción es de cultivos tradicionales como el maíz, frejol, habas y papas que en su mayoría es producción de autoabastecimiento, y que se da en las áreas más rurales o comunidades más lejanas al centro parroquial.

3.4 Aspectos socio económicosLas fortalezas naturales constituyen la mayor parte de la superficie de Sayausi; se encuentran bajo la condición Bosque protector tenemos el Área Protegida del Parque Nacional el Cajas, la mayor parte del territorio parroquial se encuentra ocupado por Paramos, con una superficie que corresponde al 72.80% del territorio parroquial, son áreas de gran valor por su riqueza hidrológica, con una alta capacidad para almacenar, retener grandes cantidades de agua y mantener los caudales de las quebradas.

Los páramos además de tener un rendimiento hídrico alto, tienen un proceso especial que es la regulación hídrica, que consiste en almacenar el agua durante el invierno y liberarla posteriormente durante el verano. A esto hay que sumar los cuerpos lagunares y piscícolas existentes en la parroquia se cuentan con 714.63 Ha es decir el 2.26 % del área parroquial Los bosques y matorrales ocupan un área de 3353.85 Has el 10.62 % del territorio

El nivel de consolidación que tiene la Parroquia, se denota en la Cabecera parroquial y áreas en proceso de consolidación y ocupa un 0.61 % del área parroquial. Por sus condiciones naturales mantienen una riqueza acuífera de gran valor, encontrándose dentro de este el Parque Nacional Cajas y algunas de las AVBP cuyo sistema hidrográfico que lo atraviesa forma un ecosistema de páramo y parte del sistema lacustre de la zona alta. Los servicios ambientales que proporcionan son incalculables, entre uno de ellos el recurso hídrico de la cual se abastece la ciudad de Cuenca proviene de estas zonas. La cuencas Hidrográficas presentes en esta parroquia son la Cuenca del Paute que abarca un 82.06% del territorio parroquial, esto es 25907.38 Ha. y la cuenca del Río Cañar ubicada en la zona noroeste de la parroquia que comprende una extensión de 5666.19 Ha. Es decir un 17.95% de la superficie de la parroquia.

La migración tiene niveles significativos, la misma está dirigida especialmente a los EE.UU. Según los datos del último censo de 2.010, salieron de la parroquia y aún no retornan 376 personas distribuidos en 229 hombres y 147 mujeres; los principales países de destino son Estados Unidos con el 85,11%, España con el 10.37%, Italia con el 0,53%. Además, Sayausi cuenta con lugares turísticos, sobre todo en la zona alta donde se practica la pesca deportiva.

4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO DE DISEÑO

4.1Conceptos básicos- Línea de conducción

6


Es el tramo de tubería que transporta agua desde la captación hasta la planta potabilizadora, o bien hasta el tanque de regularización, dependiendo del sistema de agua potable.

Una línea de Conducción debe seguir, en lo posible, el perfil del terreno y debe ubicarse de manera que pueda inspeccionarse fácilmente. Esta puede diseñarse para trabajar por gravedad o bombeo.

Para que se utilice la distribución por gravedad, es necesario que la fuente de suministro, sea un lago o un embalse, situado en algún punto elevado respecto a la ciudad, de manera que pueda mantenerse una presión suficiente en las tuberías principales. Este método es el más aconsejable si la conducción que une la fuente con la ciudad es de tamaño adecuado y está bien protegida contra roturas accidentales.

- Cámara rompe presiónEn lugares con mucha pendiente (más de 50 m de desnivel), se recomienda instalar cámaras rompe presión, que sirvan para regular la presión del agua para que no ocasione problemas en la tubería y sus estructuras.

- Válvulas de aireSirven para sacar el aire atrapado en las tuberías y son colocados en las partes altas de la línea de conducción.

- Válvula de purgaSon aquellas que se colocan en los puntos más bajos del terreno que sigue la línea de conducción y sirven para eliminar el barro o arenilla que se acumula en el tramo de la tubería.

- Velocidad máxima permisiblesCon respecto a la velocidad máxima en las tuberías el valor aconsejable es 4.6 m/s.

4.2Aspectos a considerar en el diseño Carga disponible o diferencia de elevación. La línea piezométrica estará 5m sobre el

nivel de la clave de la tubería. Capacidad de transportar el caudal máximo diario. La clase de tubería capaz de soportar las presiones hidrostáticas, incluido el golpe de

ariete. La clase de tubería en función del material, que la naturaleza del suelo exige. Diámetros comerciales disponibles. Optimización mediante el uso de más de un

diámetro. Estructuras complementarias que se precisen para el buen funcionamiento, tales

como tanques rompe presión, válvulas de aire, de control, de purga, etc.

4.3Período de diseño

Se entiende por período de diseño, en cualquier obra de Ingeniería Civil, el número de años durante los cuales una obra determinada ha de presentar con eficiencia el servicio para el cual fue diseñada.

El período de diseño no deberá ser muy largo ya que obliga a un gran porcentaje del sistema a funcionar por debajo de su capacidad la mayor parte del tiempo, ni tan corto que implique complicaciones y reformas.

7


El período de diseño de un sistema de agua potable depende de algunos factores, como la vida útil de los materiales, inconvenientes y dificultades de ampliaciones, tasa de interés, inflación relativa e incremento de los costos de construcción.En este punto, el criterio predominante consistió en considerar el período de diseño que establecen algunos de los organismos técnicos que desarrollan y financian obras de infraestructura sanitaria. Por consiguiente, el período de diseño considerado es 25 años, se ha tomado esta opción ya que las obras pueden ampliarse fácilmente por etapas y la vida útil de la mayoría de los elementos están comprendida entre 20 y 30 años, tal como se puede observar en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Vida útil sugerida para los elementos de sistema de agua

4.4Población de diseñoEn base a los tres últimos censos nacionales, se han obtenido los datos de la población para proceder a su proyección poblacional.

Finalmente a la proyección calculada se le añadirá el 5% correspondiente a población flotante, teniendo en cuenta el aspecto de carácter turístico de la parroquia, en especial debido al parque nacional Cajas.

4.4.1 Método AritméticoPara la proyección poblacional se realizó un estudio previo de crecimiento poblacional. Los resultados se resumen en el Cuadro 2 y se presentan gráficamente en la Figura 2.

Tomando como base el año 2010Año Población Tasa de crecimiento2001

6643 -

2010

8392 194.33

2015

9929 307.35

2020

12596 420.36

2040

34564 872.41

Cuadro 2. Resultados de la proyección para la parroquia Sayausí.

8


2001 2010 2015 2020 20400

500010000150002000025000300003500040000

-200.00

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

-9.09

194.33307.35

420.36

872.41

Población Total y Tasa de Crecimiento

Población Tasa de crecimiento

Censo (año)

Pobla

ción (

hab)

Figura 2. Proyección de la población total y tasa de crecimiento, tomando como año de partida el último censo (2010).

Debido al fenómeno de migración de esta zona en particular, no se observa un crecimiento estabilizado. De esta manera, el modelo de proyección aritmético no es tan fiable y se procede a aplicar la metodología geométrica.

4.4.2 Método geométricoNuevamente se seleccionan los dos últimos censos para la proyección poblacional; luego, se calcula la tasa de crecimiento y ésta se considera constante respecto al tiempo. Finalmente se procede a proyectar la población futura (Cuadro 3). Los resultados se presentan gráficamente en la Figura 3.

Año Población Tasa de crecimiento

2001 6643 -2010 8392 2.60%2015 9540 2.60%2020 10844 2.60%2040 18109 2.60%

Cuadro 3. Resultados de la proyección poblacional para la parroquia Sayausí.

9


2001 2010 2015 2020 20400

10000

20000

-2.00%0.00%2.00%4.00%

-0.14%2.60% 2.60% 2.60% 2.60%



Censo (año)Pobla

ción (

hab)

Figura 3. Proyección poblacional total y tasa geométrica constante de crecimiento.

4.4.3 Modelo de Crecimiento HiperbólicoSe seleccionan los dos últimos censos para la aplicación del modelo y se determina la tasa de crecimiento (h = 2.59 %).

A partir de esta tasa se proyecta la población; los resultados se resumen en el Cuadro 4 y se presentan gráficamente en la Figura 4.

Año Población Tasa de crecimiento

2001 66432010 8392 2.59%2015 8878 2.59%2020 10131 2.59%2040 12558 2.59%

Cuadro 4. Resultados de la proyección poblacional para la parroquia Sayausí.

2001 2010 2015 2020 20400

5000

10000

15000

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%2.59% 2.59% 2.59% 2.59%



Tiempo (año)

Pobla

ción (

hab)

Figura 4. Proyección poblacional total y tasa hiperbólica constante de crecimiento.

Por una parte el método aritmético funciona correctamente para periodos cortos (de lo contrario sobrestima la población cuando se ha proyectado para más de 10 años); por otra parte la proyección geométrica es mejor para poblaciones más grandes ya que considera un porcentaje constante por unidad de tiempo, y finalmente la proyección hiperbólica sin lugar a duda expresa una proyección más conservadora de la población siendo efectiva para

10


zonas de poca extensión y más bien optimizado para poblado con tendencia a un abandono de la región.

Ahora, teniendo estos aspectos resulta conveniente trabajar con una población de diseño basada en el criterio geométrico; es decir, una población de 19.015 habitantes para el año 2040 (incluye población flotante).

4.5DotaciónPara determinar la dotación de agua representativa de una población, es necesario analizar ciertos factores que inciden directamente en su estimación, entre las cuales podemos mencionar: tamaño de la población, clima, situación geográfica, disponibilidad de alcantarillado, costumbres, nivel de vida, nivel de servicio, entre otros.

Se conoce que la parroquia cuenta con conexiones domiciliarias con más de un grifo por casa, dispone de un sistema de alcantarillado sanitario, es una zona con clima relativamente frío, cuenta con un establecimiento educativo y una iglesia.

La estimación se desarrolla a continuación. El cálculo se basará en el consumo de una persona promedio de la parroquia, tal como indican los Cuadros 5, 6 y 7.

CONSUMO DOMESTICO

ACTIVIDAD # VECES POR DIA

TIEMPO (MIN)

LITROS

DUCHA Y BAÑO 0,29 10 28,00

INODORO 3 - 30,00

ASEO 1 2 10,00COCINAR Y

BEBER 3 - 2,25

LAVADORA 0 - 0,00

VAJILLA 3 2 12,00

LIMPIEZA 1 - 0,30

RIEGO 0,5 2 0,90

TOTAL 83,45

Cuadro 5. Consumo doméstico.

CONSUMO PUBLICO

ESTABLECIMIENTOCANTIDA

DDOTACION DIARIA AREA/

PERSONA LITROSL/m2 L/per PROMEDIO

Junta parroquial 1 - 40 4 160

Iglesia 1 2 - 400 800

Parques y jardines (riego) 1 2 - 150 300

Centro educativo 1 - 30 20 600

11


TOTAL 1860Cuadro 6.Consumo público.

AGRICULTURA Y GANADERIA

ACTIVIDAD CANTIDAD

DOTACION DIARIALITROS

L/m^2 L/animalParcela para agricultura

10 5 - 50

Ganado - - -

Bovino 2 - 40 80

Ovino 2 - 10 20

Porcino 2 - 10 20

Avícola 4 - 0,25 1

TOTAL 121Cuadro 7. Consumo por agricultura y ganadería.

ConsideracionesLos valores para la columna de Establecimientos (Cuadro 6) se establecieron en base a las principales organizaciones o entes parroquiales más el mínimo espacio recreativo y educacional con el que debe contar una parroquia.

Aunque no todos los habitantes se dediquen a la agricultura, se opta por determinar valores promedio en cuanto al número de animales y parcelas de terreno que posee un habitante de esta localidad.

De esta manera, se podría estimar que la dotación más adecuada para el diseño es 100 L/hab/día.

4.6Consumo Medio Diario (CMD)

El consumo medio diario (en L/s) ha sido estimado sobre la base del consumo per cápita para la población futura del período de diseño, esto es:

CMD = f * Pf * DMF / 86400

Donde:f = factor de fugas en la conducción, se supone el 25% (valor aproximado de fugas en el sistema de abastecimiento del Cantón Cuenca).Pf = es la población futura para el año 2040DMF = es la dotación media futura; es decir aquella que servirá para cubrir los consumos doméstico, comercial e industrial al final del periodo de diseño que en el presente caso es de veinte y cinco años.

Por lo tanto:CMD = 1,25 * 19015 * 100 / 86400 = 27,51 L/s

12


4.7Caudal Máximo DiarioEs el caudal correspondiente al día de mayor consumo durante un año. El caudal máximo diario puede establecerse en base de un factor de mayoración, esto es, K=1.5 (Para todos los niveles de servicio).

Con ello se tiene:QMD = 1.5 * CMD = 41,27 L/s

5. CONSIDERACIONES DE DISEÑO5.1Trazado de la conducción

En primera instancia se deberán identificar las cotas de inicio y fin de la conducción, la altitud máxima y mínima para posteriormente proceder al trazado en planta y en perfil vertical del eje de la conducción, tomando entre otras las siguientes consideraciones:

En general, para realizar un cambio de dirección tanto en el diseño en planta como en perfil se usarán los codos comerciales disponibles. Sin embargo se plantean dos alternativas: i) colocando todos los codos necesarios tanto en planta como en perfil, y ii) eliminando todos los codos en el diseño vertical mediante el aprovechamiento de la deflexión permitida de la tubería de PVC (se considera 5o como la admitida para cada tramo de tubería de 6m).

Se evita cruzar los lotes de terreno y vías existentes de manera abrupta, para ello se orienta la conducción a través de los linderos y siguiendo la alineación vial.

Se procura optimizar económicamente la conducción de manera que presente la menor longitud y diámetro.

5.2Línea Piezométrica En el perfil vertical se une la cota inicial con la cota del punto final, esto como una

primera aproximación de la línea piezométrica. Se verifica que la línea piezométrica no corte el terreno. Se debe verificar además que la línea piezométrica no corte la línea de la tubería,

con ello se asegura que el sistema funcione sin interrupciones y que no haya problemas de presiones negativas.

Finalmente al afinar el diseño se seleccionarán una combinación de diámetros, los cuales aseguren que la línea piezométrica se encuentre sobre la clave de la tubería en un mínimo de 5 metros.

5.3TuberíasLa elección de la tubería se basa en análisis económicos y técnicos también se debe tomar en cuenta la disponibilidad de diámetros y accesorios que cumplan con los requerimientos de diseño. Hay que asegurar que la tubería tenga resistencia mecánica adecuada para soportar las presiones a las que estará sometida durante su vida útil; también debe tener resistencia química ante posibles agentes degradantes presentes en el suelo y el agua.

Tomando en cuenta lo señalado anteriormente, se selecciona tubería de PVC (cloruro de polivinilo) de la marca PLASTIGAMA que ofrece sistemas de presión por sellado elastomérico disponibles en nuestro medio con diámetros de hasta 630 mm.

13


Se elige este material además debido a que las presiones estáticas a las que estará sometido nuestro sistema son relativamente bajas (no superan 1MPa de presión incluyendo el golpe de ariete), presenta buena resistencia química y al estar enterrada no es vulnerable a la cristalización por exposición a la radiación solar (uno de los inconvenientes del PVC), además es de fácil instalación y manejo por su bajo peso.

5.4Presiones de diseñoEs necesario prever las máximas presiones a las que estará sometida la línea de conducción y diseñar la línea para soportar dichas presiones.

En condiciones normales cuando se interrumpa el flujo y la tubería se encuentre llena entonces la presión estática en el punto más bajo de la tubería será la mayor. Hay que tener en cuenta también la posibilidad de que se presente el fenómeno del golpe de ariete que se genera cuando se interrumpe el flujo de manera súbita, por ejemplo con el cierre rápido de una válvula, provocando que la energía cinética del agua se convierta en energía de presión que puede fácilmente sobrepasar la capacidad de la tubería.

5.5DiámetrosEntre los diámetros comerciales disponibles se debe elegir el menor diámetro que permita equilibrar las pérdidas con la energía disponible tomando cierto margen de seguridad, dicho margen de seguridad consiste en mantener la línea piezométrica sobre la tubería con un mínimo de 5 metros. Se puede lograr con una combinación de diámetros. Se elige el menor diámetro disponible por economía ya que el costo de la tubería crece directamente proporcional al diámetro.

Además las normas fijan velocidades máximas y mínimas recomendadas en las conducciones, en el caso del PVC la velocidad máxima recomendada por el CNA (Cámara Nacional de Acuacultura) es de 5m/s.

Los diámetros disponibles se presentan en el catálogo de PLASTIGAMA (Ver Anexo 2).

5.6Estructuras complementariasEs necesario emplazar estructuras complementarias en la línea de conducción de modo que permitan el normal funcionamiento de las mismas y también faciliten operaciones de mantenimiento.

a) Válvulas de Aire.- En puntos donde, siguiendo la dirección del flujo, se producen cambios de pendiente de positiva a negativa, es decir, en donde se generan picos convexos hacia arriba el aire contenido en el agua tiende a acumularse reduciendo el área útil de la tubería y aumentando las pérdidas, también puede producirse un efecto parecido al de cavitación cuando estas masas de aire son arrastradas a puntos de mayor presión. Por esta razón es necesario colocar en estos puntos altos válvulas que permitan la expulsión del aire. Durante el vaciado de la tubería por razones de mantenimiento o reparación se pueden generar presiones negativas en los puntos altos, entonces es conveniente permitir el ingreso de aire en dichos puntos. Las válvulas que permiten solo la salida del aire se conocen como válvulas de acción simple, si además permiten el ingreso de aire se conocen como válvulas de doble acción.

14


b) Válvulas de Limpieza o de Purga: En puntos donde la pendiente cambia de negativa a positiva (puntos bajos) tienden a acumularse sedimentos que también afectan las condiciones hidráulicas, en estos puntos se deben colocar válvulas que permitan el vaciado de la tubería y la eliminación de estos sedimentos.

Aunque el terreno permita el emplazamiento de tuberías horizontales se deben generar puntos altos y bajos dando pendientes mínimas a la línea de conducción de modo que se generen los puntos de acumulación de aire y de sedimentos mencionados anteriormente.

c) Tanque Rompe presiones: Cuando el desnivel entre el punto inicial y final de la conducción es muy grande las presiones hidrostáticas en la línea pueden ser demasiado altas por lo que en lugar de colocar una tubería muy resistente puede ser conveniente el emplazamiento de un tanque rompe presiones que segmenta la conducción generando una nueva superficie desde la cual se miden las presiones.En nuestro caso no es necesario el emplazamiento de dicho tanque ya que los desniveles son relativamente bajos.

d) Válvulas de Paso: En la entrada y salida de la conducción se colocan válvulas que permitan interrumpir el flujo cuando se requiera para operaciones de mantenimiento o de reparación.

e) Anclajes: En las líneas de conducción se presentan fuerzas de empuje que dependen de factores como la presión hidrostática interna, la sección de la tubería, el radio de curvatura o la cabeza de velocidad. Para contrarrestar estas fuerzas y evitar desplazamientos en las tuberías y accesorios es necesario diseñar sistemas de anclaje con el objetivo de empotrar las tuberías y contrarrestar la tendencia a desacoplarse.

6. CÁLCULOS Y DIMENSIONAMIENTO6.1Diámetros de la Conducción

Como se mencionó en el apartado 5.5 la elección del diámetro o de la combinación de diámetros se establece igualando las pérdidas de energía en la conducción con la energía disponible considerando un margen de seguridad.

Para establecer los diámetros se realizó una primera aproximación, igualando la energía disponible (reducida 5 m como margen de seguridad) a la ecuación de Hazen Williams para las pérdidas en la conducción.

Ecuación de Hazen - Williams:

h f=1.215957∗1010∗L∗Q1.852

C1.852∗D 4.87

En donde:

h f es la pérdida de carga en metros

L es la longitud de la conducción

15


Q es el caudal en litros por segundo

C coeficiente de Hazen - Williams (adimensional)

D diámetro interno en milímetros

A continuación, en el Cuadro 8 se presentan los datos del proyecto, el desnivel disponible corresponde a la energía aprovechable (considerando los 5m de seguridad), este valor se igualara a las pérdidas dadas por la ecuación de Hazen – Williams, y de esta igualdad se obtendrá un diámetro aproximado al del diseño final.

DIMENSIONAMIENTO DE LA TUBERÍA

Cota inicial (m)1498.1

9

Cota final (m) 1487

Desnivel tanques (m) 11.19Desnivel Disponible (m)=11.19 - 5 6.19

Longitud Total (m) 811.87Coeficiente de Hazen Williams/PVC 140

Cuadro 8: Datos para el cálculo de la conducción

El Cuadro 9 muestra los cálculos descritos en el párrafo anterior, la primera fila contiene el diámetro obtenido de la ecuación de Hazen - Williams, la segunda el diámetro nominal comercial más cercano y mayor al calculado, en la tercera está el diámetro interno correspondiente (para una presión de 1 MPa) y en la última fila las pérdidas calculadas con dicho diámetro interno.

CÁLCULOS

Diámetro Calculado (mm) 209

Diámetro Comercial Nominal (mm) 250

Diámetro Comercial Interno (mm)230.

8

hf con el Diámetro Comercial (m) 3.80Cuadro 9: Cálculo de la primera aproximación al diámetro de la conducción

Como podemos observar en la última fila del Cuadro 9, si usamos el diámetro nominal de 250mm para toda la longitud de la conducción las pérdidas por fricción son menores que la energía disponible, esto no genera ningún inconveniente desde el punto de vista técnico y podría usarse esta solución sin problema, sin embargo desde el punto de vista económico conviene aprovechar al máximo la energía disponible combinando el diámetro de 250mm con uno menor (por tanto menos costoso) en dos tramos de modo que las pérdidas totales de ambos tramos se igualen a la energía disponible. De esta manera se alcanza un diseño eficiente desde el punto de vista técnico y económico.

El Cuadro 10 muestra la combinación de diámetros del diseño final usando los dos diámetros comerciales más cercanos mayor y menor al diámetro calculado, ambos con el respectivo espesor necesario para una presión de trabajo de 1 MPa. Se calcularon las longitudes de

16


cada tramo de modo que la suma de las pérdidas por fricción sea igual a la energía requerida.

Diámetros Finales de la Conducción

Tramo

Longitud (m)

Diámetro Nominal

(mm)

Diámetro Interno (mm)1 MPa

hf (m)Abscisa Inicial

Abscisa Final

1 551.98 250 230.8 2.58 00+551.

98

2 259.89 200 184.6 3.610+551.

980+811.

87

TOTAL= 6.19Cuadro 10: Combinación de diámetros de la conducción

6.2Válvulas de AireEl trazado vertical de la línea de conducción genero un punto elevado en donde se requiere la instalación de una válvula para la expulsión de aire en la abscisa 0+397.08 el diámetro de la conducción en este punto es de 250mm; Simón Arocha en su texto “Abastecimientos de Agua” sugiere que para diámetros menores a 12” se pueden usar válvulas de aire automáticas de ½” el cual es nuestro caso.

6.3Válvulas de LimpiezaEn el trazado vertical se localizan dos puntos bajos en donde se deben emplazar válvulas de limpieza en las abscisas 0+351.13 y 0+455.16 ambos donde el diámetro de la conducción es de 250mm, el Cuadro 11 presenta los diámetros de la línea de limpieza en función al diámetro de la tubería recomendados por Arocha, en base a esto fijamos el diámetro de la línea de limpieza en 160mm.

ø Tubería

ø Limpiez

a

2" 2"

2 ⅟₂" 2"

3" 2"

4" 2"

6" 4"

8" 4" ó 6"

10" 6"Cuadro 11: Diámetros de Limpieza en Función al Diámetro de Tubería

7. DETALLE DE ACCESORIOS Y PRESUPUESTOS7.1Lista de codos requeridos para el proyecto

Tal como se mencionó, se plantean dos alternativas, las cuales difieren en que la segunda alternativa no utiliza codos verticales, mediante el aprovechamiento de las deflexiones admitidas (5o) de la tubería de PVC.

17


#ÁNGULO

(°)DIÁMETRO

NOMINAL (mm)ABSCISA

(m)ORIENTAC

IÓN

a1 11,25 250 0+008, V

a2 11,25 250 0+012,4 V

a3 11,25 250 0+040,4 V

a4 22,5 250 0+044,5 H

a5 11,25 250 0+087,36 V

a6 11,25 250 0+109,42 V

a7 11,25 250 0+118,23 V

a8 11,25 250 0+125,58 V

a9 11,25 250 0+132,43 Va10 11,25 250 0+143,46 Va11 22,5 250 0+151,46 Va12 90 250 0+157,47 Ha13 11,25 250 0+161,18 Va14 11,25 250 0+169,43 Ha15 11,25 250 0+209,17 Va16 11,25 250 0+220,91 Va17 11,25 250 0+253,91 Va18 11,25 250 0+266,64 Va19 45 250 0+301,42 Ha20 11,25 250 0+304,11 Va21 45 250 0+311,4 Ha22 45 250 0+327,39 Ha23 90 250 0+347,34 Ha24 11,25 250 0+350,36 Va25 22,5 250 0+353,3 Ha26 11,25 250 0+362,3 Ha27 11,25 250 0+370,3 H

18


a28 11,25 250 0+379,3 Ha29 90 250 0+389,77 Ha30 11,25 250 0+394,73 Ha31 90 250 0+432,69 Ha32 22,5 250 0+435,66 Ha33 11,25 250 0+463,66 Ha34 11,25 250 0+469,66 Ha35 11,25 250 0+479,66 Ha36 11,25 250 0+488,91 Ha37 90 250 0+537,37 Ha38 11,25 200 0+581,06 Va39 90 200 0+639,33 Ha40 11,25 200 0+645,45 Ha41 11,25 200 0+783,46 Va42 11,25 200 0+789,35 Va43 11,25 200 0+801,35 Va44 90 200 0+808,81 V

Cuadro 12: Lista de codos para la alternativa 1

# ÁNGULO (°)

DIÁMETRO NOMINAL (mm)

ABSCISA (m)

ORIENTACIÓN

b1 22.5 250 0+044.5 Hb2 90 250 0+157.47 Hb3 11.25 250 0+169.43 Hb4 45 250 0+301.42 Hb5 45 250 0+311.4 Hb6 45 250 0+327.39 Hb7 90 250 0+347.34 Hb8 22.5 250 0+353.3 Hb9 11.25 250 0+362.3 H

19


b10 11.25 250 0+370.3 Hb11 11.25 250 0+379.3 Hb12 90 250 0+389.77 Hb13 11.25 250 0+394.73 Hb14 90 250 0+432.69 Hb15 22.5 250 0+435.66 Hb16 11.25 250 0+463.66 Hb17 11.25 250 0+469.66 Hb18 11.25 250 0+479.66 Hb19 11.25 250 0+488.91 Hb20 90 250 0+537.37 Hb21 90 200 0+639.33 Hb22 11.25 200 0+645.45 Hb23 90 200 0+808.81 H

Cuadro 13: Lista de codos para la alternativa 2

7.2Presupuesto ReferencialSe elaboró para las dos alternativas un presupuesto referencial tomando en cuenta los rubros más importantes para comparar las dos soluciones desde el punto de vista económico, estos presupuestos se muestran a continuación en los cuadros 14 y 15:

PRESUPUESTO REFERENCIAL-ALTERNATIVA 1

DESCRIPCIÓN UNIDAD COSTO UNITARIO ($)

CANTIDAD COSTO TOTAL ($)

Replanteo Km 383.52 0.812 311.42Excavación con máquina, suelo sin clasificar menor a 3m, en zanja mᶟ 2.12 1650.95 3500.01Relleno compactado con material natural mᶟ 3.83 1650.95 6323.14Tubo PVC UZ 200mmx6m 1MPa u 128.87 46 5928.02Tubo PVC UZ 250mmx6m 1MPa u 195.37 97 18950.89Anillo de caucho 200mm u 7.64 46 351.44Anillo de caucho 250mm u 8.9 97 863.30Codo 11.25°-200mm u 60.41 5 302.05Codo 90°-200mm u 106.91 2 213.82Codo 11.25°-250mm u 167.94 25 4198.50Codo 22.5°-250mm u 170.02 4 680.08Codo 45°-250mm u 215.42 3 646.26Codo 90°-250mm u 297.59 5 1487.95Reducción 250mm a 200mm u 99.01 1 99.01Te reductora 250mm x 160mm u 505.35 2 1010.70Válvula de compuerta 160mm u 493.11 2 986.22Válvula de compuerta 200mm u 755.48 1 755.48Válvula de compuerta 250mm u 1355.71 7 9489.97Válvula de aire-ventosa 15mm u 161.5 1 161.50

20


Anclaje de hormigón ciclópeo para tubería de 200mm u 100 7 700.00Anclaje de hormigón ciclópeo para tubería de 250mm u 150 37 5550.00

TOTAL ($) 62509.76Cuadro 14: Presupuesto referencial de la alternativa 1

PRESUPUESTO REFERENCIAL-ALTERNATIVA 2

DESCRIPCIÓN UNIDAD

COSTO UNITARIO($)

CANTIDAD COSTO TOTAL ($)

Replanteo Km 383.52 0.812 311.42Excavación con máquina, suelo sin clasificar menor a 3m, en zanja mᶟ 2.12 1721.15 3648.84Relleno compactado con material natural mᶟ 3.83 1721.15 6592.00Tubo PVC UZ 200mmx6m 1MPa u 128.87 46 5928.02Tubo PVC UZ 250mmx6m 1MPa u 195.37 97 18950.89Anillo de caucho 200mm u 7.64 46 351.44Anillo de caucho 250mm u 8.9 97 863.30Codo 11.25°-200mm u 60.41 1 60.41Codo 90°-200mm u 106.91 2 213.82Codo 11.25°-250mm u 167.94 9 1511.46Codo 22.5°-250mm u 170.02 3 510.06Codo 45°-250mm u 215.42 3 646.26Codo 90°-250mm u 297.59 2 595.18Reducción 250mm a 200mm u 99.01 1 99.01Te reductora 250mm x 160mm u 505.35 2 1010.70Válvula de compuerta 160mm u 493.11 2 986.22Válvula de compuerta 200mm u 755.48 1 755.48Válvula de compuerta 250mm u 1355.71 7 98489.97Válvula de aire-ventosa 15mm u 161.5 1 161.50Anclaje de hormigón ciclópeo para tubería de 200mm u 100 3 300.00Anclaje de hormigón ciclópeo para tubería de 250mm u 150 17 2550.00

TOTAL ($) 55535.98Cuadro 15: Presupuesto referencial de la alternativa 2

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A través del presente trabajo, hemos podido introducirnos en los diversos ámbitos y

dificultades que implica el proceso de diseño de una conducción de agua, los riesgos posibles y los aspectos claves que se deben considerar.

Siempre se debe buscar que la línea de conducción sea diseñada lo más eficiente posible, esto es, considerando a la vez tanto el tema económico, hidráulico como estructural.

21


Respecto al planteamiento de las dos alternativas, podemos decir que este obedece a la dificultad de construcción, particularmente cuando se presentan obstáculos (los cuales no se advierten en el diseño), y resulta más viable colocar codos. Además se debe considerar que colocar codos implica el diseño de anclajes, de lo cual resulta afectado en mayor medida el aspecto económico, tal como se indicó en la sección de presupuesto.

No está de más mencionar el cuidado respectivo que se debe tener al momento de realizar el concerniente cálculo hidráulico en el sistema, ya que a partir del mismo, sabremos donde irán colocados los diferentes accesorios y/o dispositivos con los que contará la conducción final.

Se menciona también que durante la realización de los respectivos cómputos, confirmamos que la presión que se ejerce sobre la tubería, depende notoriamente del diámetro de la misma.

Si se aumenta el diámetro de la tubería disminuye la pérdida por fricción, lo que hace que la presión aumente, esta última variable debe ser tomada como una de las más importantes ya que suelen existir tuberías comerciales que no soportan presiones mayores a 40 mca, por citar un ejemplo.

No se necesitó de un tanque rompe presiones para nuestro análisis.

9. REFERENCIAS Simón Arocha - Teoría y Diseño - Abastecimiento de Agua – Segunda Edición (1985)

Ravelo S.A. - Teoría y Diseño - Abastecimiento de Agua – Caracas (1977)

Catálogo de PLASTIGAMA

http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/guialcalde/2sas/d23/032_Dise%C3%B1o_l%C3%ADneas%20de%20conducci%C3%B3n%20e%20impulsi%C3%B3n/Dise%C3%B1o_l%C3%ADneas%20de%20conducci%C3%B3n%20e%20impulsi%C3%B3n.pdf

22


10. ANEXO – CATÁLOGOS DE PLASTIGAMA

10.1 Codos y accesorios

23


10.2 Tuberías

24


10.3 Costo de accesoriosSe presenta además la proforma solicitada a CONSTRUGYPSUM.

25


10.4 PLANOS

10.4.1 CONDUCCIÓN – ALTERNATIVA 110.4.2 CONDUCCIÓN – ALTERNATIVA 210.4.3 DETALLE DE VÁLVULAS

10.5 MANUAL DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

10.5.1 OBJETIVOEstablecer los procedimientos necesarios para la operación y mantenimiento de las líneas de conducción e impulsión de sistemas de abastecimiento de agua (específicamente para una parroquia rural).

10.5.2 DEFINICIONES PRELIMINARES

Línea de conducción : en un sistema por gravedad, es la tubería que transporta el agua desde el punto de captación hasta el reservorio. Cuando la fuente es agua superficial, dentro de su longitud se ubica la planta de tratamiento.

Línea de impulsión : es la que transporta el agua desde la caseta de bombeo hacia el tratamiento o tanque de reserva.

Mantenimiento : se conoce al conjunto de acciones que se realizan con la finalidad de prevenir o corregir daños que se producen en las instalaciones de un sistema de abastecimiento de agua.

Mantenimiento correctivo : son los trabajos que se realizan para reparar daños que no se han podido evitar con el mantenimiento preventivo.

Mantenimiento de emergencia : es aquel que se realiza cuando los sistemas o equipos han sufrido daños por causa imprevista y requieren solución rápida para poner parcialmente operativo el sistema.

Mantenimiento preventivo : consiste en una serie de acciones de conservación que se realiza con una frecuencia determinada en las instalaciones y equipos para evitar, en lo posible, que se produzcan daños que pueden ser de difícil y costosa reparación.

Operación : es el conjunto de acciones adecuadas y oportunas que se efectúan para que todas las partes del sistema funcionen en forma continua y eficiente según las especificaciones de diseño.

Operador : es la persona calificada y responsable de la operación y mantenimiento de las instalaciones del sistema de agua potable.

10.5.3 OPERACIÓNLas actividades del operador, básicamente son las que se exponen a continuación:

10.5.3.1 Puesta en marcha Se abre la válvula de purga para eliminar sedimentos y aire acumulados. Llenar la línea de conducción a partir de la captación con agua, cerrando

paulatinamente la válvula de purga (de ser necesario maniobrar las válvulas de aire). Desinfección (sólo cuando se pone en operación por primera vez: para aguas

de manantial o tratadas).

26


Se procede a llenar la tubería con una determinada solución (por ejemplo hipoclorito con una concentración de 50 partes por millón) y mantenerla por un tiempo requerido.

Evacuar el agua con desinfectante por el desagüe de la unidad más cercana o por la purga.

Utilizar el agua de tubería cuando no se perciba olor a cloro o cuando el residual medido en el comparador no sea mayor de 0,5 mg/L.

10.5.3.2 En funcionamiento El operador debe estar siempre disponible para atender consultas y dar orientación

sobre los puntos críticos de la línea de conducción. Control de la descarga en el reservorio mediante aforo, para verificar el

funcionamiento normal de la conducción. Realizar mensualmente un recorrido de la conducción, verificando el estado general

de las misma, de los accesorios, e informar sobre situaciones anormales, tales como inconvenientes, derivaciones clandestinas, entre otras, realizando las siguientes operaciones:

Para la válvula de descarga (purga)

– Verificar el estado general.– Verificar la existencia de fugas de agua.– Maniobrar con frecuencia para mantenerla en condiciones de operación.

Para la válvula de aire (ventosa)

– Verificar el estado general.– Verificar la operación del accesorio.

Para la Caja Rompe-Presión

– Verificar el estado general.– Efectuar una limpieza si es necesario.

Para las juntas de expansión / dilatación / anclajes

– Verificar el estado general.– Verificar los accesorios.– Comprobar la existencia de fugas.

Para la protección contra la corrosión

– Verificar el estado general de los accesorios.– Efectuar una medición de parámetros de control.– Verificar todos los meses si existen obstrucciones en las válvulas de desagüe.

10.5.4 MANTENIMIENTOLas actividades de mantenimiento son las que previenen o reparan los daños indicados como problemas en la operación general y se detallan a continuación:

Semanal

27


Herramientas y materiales: Pala, pico, arco de sierra, tuberías y pegamento

Trabajos a realizar:

Inspeccionar la línea para detectar posible fugas y repararlas. Maniobrar válvulas de purga o aire, si hubiera. Inspeccionar el estado de los buzones de reunión y de la cámara rompe-presión.

Mensual

Herramientas y materiales: Pala, pico, arco de sierra, escobilla, tubería, accesorios y pegamento


Inspeccionar el interior de los buzones de reunión, cámaras distribuidoras y cámaras rompe presión.

Purga de válvulas.

Trimestral

Herramientas y materiales: Machete


Limpieza y desbroce de la línea de conducción.

Semestral

Herramientas y materiales: Cemento, agregados, pala y pico


Se resana la estructura, si es necesario. Inspección del funcionamiento hidráulico y mantenimiento de la línea. Corregir la conducción en lugares donde esté instalada profundidad insuficiente.

Anual

Herramientas y materiales: Pintura anticorrosiva, brocha, juego de llaves y lubricante


Pintar elementos metálicos en la línea de conducción.

Revisión de válvulas y reparación, de ser el caso.

28


10.5.5 REFERENCIAS

Título: Manual de operación y mantenimiento de sistemas de agua potable del sector rural del Ecuador. Autor Institucional: Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias; Ecuador. Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda. Subsecretaría de Saneamiento Ambiental. 1994, 82 p. Ilus.

Manual para las EPS de Operación de Líneas de Conducción, Impulsión, Aducción, Reservorios y Redes de Distribución de Agua. Autor LATÍN CONSULT ESTÁTICA SADEST RODOLFO RETAMOZO-1997.

Manual de Operaciones y Mantenimiento de Sistemas de Agua Potable y Letrinas en el Medio Rural. Autor Ministerio de Salud-apoyo Fondo de Contravalor Perú- Suiza DESA Cusco –Abril 2000.

29

Memoria

Documents

Transcript of Memoria