Modulo Acueducto y Alcantarillados

8/17/2019 Modulo Acueducto y Alcantarillados

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MÓDULO ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADOS

ESING

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES


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TABLA DE CONTENIDO

PAG.

CAPITULO 1 21

UNIDAD 1: GENERALIDADES 23

1.1 Representación de un modelo de acueducto junto con unalcantarillado. 24

1.2 Periodo de diseño, clases. 24

1.3 Volúmenes de agua 25

1.4 Glosario de términos 26

1.5 Características del agua potable. 34

1.6 Aguas agradables. 35

1.7 Ingeniería sanitaria 35

1.8 Dureza del agua 36

1.9 Acidez y alcalinidad. 36

1.10 Enfermedades causadas por aguas contaminadas. 38

1.11 Bibliografía recomendada. 401.12 Autoevaluacion. 41


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PAG.CAPITULO 2 42

UNIDAD 2: CRITERIOS BASICOS PARA EL DISEÑO. 42

2.1 Hidrologia de diseño. 44

2.2 Población de diseño 45

a) Estudio de población. 45b) Crecimiento geométrico. 45c) Crecimiento aritmético. 48d) Método de variación logarítmica. 50e) Método de comparación grafica. 51f) Ejemplo método logarítmico. 52

2.3 Periodo de diseño y vida probable de las estructuras. 64

2.4 Factores de importancia en la determinación del periodo y

vida útil de las estructuras. 642.5 Bibliografía recomendada 67

2.6 Autoevaluacion. 68

CAPITULO III 69

UNIDAD 3: OBRAS DE CAPTACION. 69

3.1 Factores que deben tenerse en cuenta en la localización de lasObras de captación. 73

3.2 Clases de Bocatoma. 74

1. Bocatoma o captación. 742. Bocatoma con muro transversal. 79


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3. Bocatoma lateral con bombeo. 80

4. Bocatoma mediante sifón invertido. 825. Bocatoma con flotador con manguera flexible. 846. Bocatoma com bombeo flotante. 857. Bocatoma deslizante. 868. Bocatoma de fondo. 88

3.3 Ejemplo de diseño de captación lateral. 973.4 Ejemplo de diseño de Bocatoma de fondo. 106

3.5 Bibliografía recomendada. 120


CAPITULO IV 122

UNIDAD 4: DESARENERADOR. 122

4.1 Zonas de un desarenerador. 131

4.2 Zona I: Cámara de agrietamiento. 132

4.3 Zona II: Entrada al desarenerador. 132

4.4 Zona III: Zona de sedimentación. 132

4.5 Zona IV: Almacenamiento de lodos. 132

4.6 Zona V: Salida del desarenerador. 132

4.7 Zona VI: Válvula de compuerta. 133

4.8 Zona VII: Tubería de rebose. 133


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4.9 Zona VIII: Cámara de inspección. 133

4.10 Grado del desarenerador. 133

4.11 Numero de HAZEN. 133

4.12 Especificaciones de diseño. 134

4.13 Profundidad mínima y máxima. 1344.14 Periodos de retención hidráulica. 135

4.15 Relación longitud-ancho. 135

4.16 Paso directo. 135

4.17 Profundidad de almacenamiento de lodos. 135

4.18 Carga hidráulica superficial y ejemplo de diseño del

Desarenerador. 1354.19 Bibliografía recomendada. 152


CAPITULO V 154

UNIDAD 5: ESTADISTICAS DE CONSUMO DE AGUA EN LAS LOCALIDADES.

5.1 Consumo. 156

5.2 Consumo domestico. 156

5.3 Tabla de consumo domestico. 156

5.4 Valores de consumo de agua. (Schock Listh). 157


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5.5 Consumo industrial. 157

5.6 Perdidas. 157

5.7 Consumo por incendio. 158

5.8 Consumo publico; ejemplo. 158

5.9 Factores que afectan el consumo. 161

5.10 Consumo medio (Cm). 163

5.11 Consumo máximo diario (CMD). 163

5.12 Consumo máximo horario. (CMH). 163

5.13 Consumo per cápita. 164

5.14 Consumo futuro. 164

5.15 Consumo de diseño. 1645.16 Ejemplo de calculo de caudal. 166



CAPITULO VI 172

UNIDAD 6: ABASTECIMIENTO DE AGUAS. 172

6.1 Influencia de las variaciones de consumo sobre elsistema. 174


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6.2 La fuente de abastecimiento. 174

6.3 La obra de captación. 175

6.4 La línea de aduccion u obras de conducción. 175

6.5 Los tanques de almacenamiento. 175

6.6 La estación de bombeo. 176

6.7 La planta de tratamiento. 176

6.8 La red de distribución. 176

6.9 Ejemplo de calculo. 177

6.10 Clases de tubería. 178



CAPITULO VII 182

UNIDAD 7: LINEAS DE ADUCCION POR GRAVEDAD, EJEMPLO 182

7.1 Criterios para el diseño. 1847.2 Carga disponible. 185

7.3 Gasto o caudal de diseño. 186

7.4 Carga estática disponible. 188

7.5 Clase de tubería capaz de soportar las presioneshidrostáticas. 188

7.6 Clases de tuberías en funcion de la presión. 189


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7.7 Calculo de diámetros para el ejemplo. 195

7.8 Bibliografía recomendada 198


CAPITULO VIII 200

UNIDAD 8: CONDUCCIONES Y CARACTERISTICAS DE LACONDUCCION. 200

8.1 Primera posición. 202

8.2 Segunda posición. 204

8.3 Tercera posición. 205

8.4 Cuarta posición. 206

8.5 Quinta posición. 207

8.6 Accesorios en la conducción forzada. 208

1. Válvulas de purga, esquemas. 209

8.7 Tabla de los diámetros de las válvulas de purga. 2098.8 Ventosas o válvulas de expulsión de aire, esquemas. 209

8.9 Válvulas de control. 212

8.10 Funcionamiento de la ventosa. 212

8.11 Materiales y presiones de trabajo. 212

8.12 Presiones máximas de trabajo. 213


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8.13 Calculo de la línea de conducción. 213

8.14 Coeficientes de rugosidad. 214

8.15 Perdidas de carga. 214

8.16 Perdida de carga puntuales o menores. 214

- Para cualquier accesorio.

- Para expansión brusca.- Para contracción brusca.- Para cambio de dirección.- Para válvulas, llaves, codos, etc.

8.17 Ejemplo de coeficientes (K) de perdidas. 215

8.18 Selección del codo según la suma o diferencia dependientes. 216

8.19 Ejemplo de diseño de la conducción: BocatomaDesarenerador. 219

8.20 Ejemplo de diseño de la conducción: Desarenerador-Tanque. 222

8.21 Calculo del tanque de almacenamiento. 233



CAPITULO IX 238

UNIDAD 9: RED DE DISTRIBUCION 238

9.1 Regulación sobre presiones de servicio en la red. 240

9.2 Velocidad máxima en la red. 241


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9.3 Velocidad mínima en la red. 241

9.4 Consumo máximo horario. 242

9.5 Numero de hidrantes. 242

9.6 Presiones de servicio. 243

9.7 Válvulas. 243

9.8 Velocidades de diseño. 245

9.9 Localización de la tubería de acueducto. 246

9.10 Tipo de mallado. 246

9.11 Ejemplo de caudal de diseño en la red. 247

9.12 Sistemas de gravedad. 247

9.13 Sistemas de bombeo. 2489.14 Bombeo sin almacenamiento. 248

9.15 Calculo hidráulico de la red de Malla-Método deHARDY-CROSS. 248

9.16 Red de tuberías. 248

9.17 Ejemplo del Método de HARDY-CROSS. 250

9.18 Trazado de la red principal. 2519.19 Centros de masa. 251

9.20 Conexiones domiciliarias. 252

9.21 Medidores. 253

9.22 Diafragmas. 253

9.23 Ejemplo de diseño de la red de distribución 254


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9.24 Bibliografía. 263


CAPITULO X 265

UNIDAD 10: SISTEMAS DE ALCANTARILLADO 265

10.1 Clasificación de los conductos 269

10.2 Disposición de la red de alcantarillado. 269

10.3 Sistema perpendicular con interceptor 269

10.4 Sistema abanico. 270

10.5 Sistema perpendicular sin interceptor 271

10.6 Sistema perpendicular con interceptor y aliviadero. 271

10.7 Sistema bayoneta 272

10.8 Alcantarillado sanitario y cálculos de población. 272

10.9 Densidad de población. 272

10.10 Caudal promedio para diseño 27310.11 Coeficiente de retorno (Cr) 273

10.12 Aporte medio diario. 273

10.13 Variación del caudal. 274

10.14 Picos máximos 274

10.15 Aparatos sanitarios 275


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10.16 Ejemplo (problema) 275

10.17 Aguas negras industriales 277

10.18 Aguas de infiltración. 277

1019 Tabla de infiltración. 277

10.20 Tabla de infiltración (según Insfopal) 277

10.21 Conexiones erradas. 278

10.22 Caudal comercial. 278

10.23 Caudal Institucional. 278

10.24 Coeficiente de rugosidad 278

10.25 Caudal de diseño 278

10.26 Velocidad de diseño 27910.27 Diámetro mínimo 279

10.28 Diámetro de diseño 279

10.29 Profundidad mínima a la clave 279

10.30 Distancia entre pozos 279

10.31 Empates de tubería. 279

10.32 Pozos de inspección. 280

10.33 Diámetro del pozo (tabla) 280

1034 Esquema de un pozo de Inspección de aguas negras. 281

10.35 Planta del pozo de inspección (esquema) 282

10.36 Dimensiones de un pozo de inspección de aguas negras 283

10.37 Caída o cambio de pendiente 283


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10.38 Cámara de caída (esquemas) 283

10.39 Diámetro de la cámara de caída (esquema) 284

10.40 Detalle de la cámara de caída (esquema) 285

10.41 Datos topográficos necesarios para un proyecto deAlcantarillado. 285

10.42 Diagrama de HAZEN-WILLIAMS 296

10.43 Diagrama de MOODY 297

10.44 Bibliografía recomendada 298

10.45 Auroevaluacion 299

10.46 Prueba final 300


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INTRODUCCION GENERAL

Este modulo de acueductos y alcantarillados que se escribe con la finalidadde presentar una visión amplia en el diseño de acueductos y alcantarillados.

No es un tema fácil pero tampoco muy difícil, es por eso que hemos querido

presentar este modulo de tal modo que el estudiante entienda y analicemuchos fenómenos importantes que tiene que resolver el Ingeniero.

Es nuestro propósito producir un modulo de acueductos y alcantarillados defácil manejo para los estudiantes de Ingeniería Civil (modalidad a distancia),con un ágil recurso de consulta para los estudiantes y profesionales conresponsabilidades en proyectos de abastecimiento de agua.

Es por eso que se desarrolla los capítulos en forma secuencial(aprovechamiento, conducción, distribución, etc.).

No obstante somos consientes de que en el diseño de los componentes deun sistema de acueducto no se sigue esa secuencia.

Se presenta en los diferentes capítulos, ejemplos que van de lo sencillo a lomas complejo, de lo teórico a lo practico. Cada vez que se presento lanecesidad,


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PRESENTACION:

Para la Escuela de Ingenieros Militares es un orgullo presentar a losestudiantes de esta alma mater el presente modulo de Acueductos yAlcantarillados, cuidadosamente escrito y revisado con el propósito de quelos estudiantes de Ingeniería Civil a distancia dispongan de una guía deestudio que los oriente el aprendizaje de esta materia tan importante para el

desempeño de su carrera profesional.

En este modulo, además de las conceptos teóricos, se expondrán ejemplosprácticos de diseños en la línea de Acueductos y Alcantarillados, lo mismoque las normas generales de construcción de todas las estructuras queconforman un acueducto y un alcantarillado.

Es para mi contar con todos ustedes. Para la generalización y comprensióndel mismo y para dar mis mas sinceros sentimientos de gratitud.

Es bien sabido que la mayoría de los habitantes de Colombia no disponen deagua potable para beber, para la higiene, razón por la cual se hace necesariola construcción de sistemas de acueductos y plantas de tratamiento deAcueductos.

Al mismo tiempo se sabe que nuestro país es uno de los mas ricos ycubierto de agua dulce (Recursos hídricos), en relación con otros países ycon su población.


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PROPOSITO

El resultado de este modulo es orientar facilitar y guiar al estudiante para lacomprensión, de que manera se diseñan las obras de acueductos yalcantarillados, lo mismo que el orden en que debe llevar los desarrollos deldiseño para ser aplicados la servicio de una comunidad.

Se hace necesario inducir al estudiante en la investigación de los nuevos

campos y normas en el Diseño y construcción de obras de acueducto yalcantarillado.


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METODOLOGIA

Como usted habrá de identificarlo, al iniciar el contenido de este modulo loscontenidos presentados en el son de naturaleza teórico-practica. Estasituación, hace que usted sea cuidadoso en el estudio del mismo y vayaavanzando de manera muy precisa en cada una de las unidades que seplantean y explican la estructura de cada unidad y sus contenidos.

Por ello cada parte va encaminada a que la calidad del aprendizaje sea degran competencia, y a que no pase a un conocimiento y experiencia nuevosin antes haber captado con eficiencia los anteriores.

Algo fundamental en el estudio de este modulo es que usted compruebegradualmente y por su propia cuenta (cuando este ausente del tutor), losaprendizajes que vaya obteniendo, de ahí la exigencia que absorbe concuidado cada una de las autoevaluaciones que se le proponenperiódicamente al final de cada unidad, y las que se realicen de forma

presencial.El texto fundamental para el estudio de esta asignatura es este modulo, sinembargo su aprendizaje será mejor si se apoya en otros textos de labibliografía recomendada.

Para una mejor orientación y comprensión usted estará en contacto con sututor para aclaración de dudas, se tendrá en cuenta para la calificación, laaprobación escrita y sustentación personal de cada una de lasautoevaluaciones, talleres, trabajos e investigaciones.


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RECOMENDACIONES:

- Consultar textos en la materia para ampliar los conocimientos.

- Leer cada una de las unidades con bastante claridad para poder abordar lasiguiente.

-Consultar periódicamente a su tutor.

-Cumplir con las investigaciones y trabajos que se impongan.

-Presentar con bastante honestidad cada una de sus autoevaluacionespreparando con bastante amplitud cada unidad.


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PRUEBA INICIAL

1. Defina línea piezometrica

2. Defina línea de energías totales

3. Convertir una presión de 0.5 Kgf/ cm2 a:

a. Kgf /m2

b. Psic. Metros de aguad. Atmósferas

4. Convertir una viscosidad de 0.012 Kgf.seg/ m2 a poises

5. Convertir una viscosidad de 12.2 Libt .seg/ pie2 a poises

6. Diferencie presión manométrica de presión barométrica

7. Si la presión absoluta de un punto es 0.5 atmósferas y la presión

barométrica500 mmHg, halle la presión manométrica (Pab = Pm + Pb)

8. Enuncie la segunda ley de Newton y como se representa

9. Una maquina de construcción eleva 8000 Kgf a una altura de 5 metros enun minuto. Hallea. Su trabajob. Su potencia

10. Derive la funcion Ln (x2) = Tg2 (2x-x2)

11. En tuberías en serie, es cierto que los caudales son constantes y lasperdidas acumulativas, si o no.

12. Las coordenadas de un punto P1, son: (-4, -3) y las de P2, son (8, 6), hallela pendiente de la línea

Buena Suerte


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INTRODUCCION GENERAL DEL MODULO

Este modulo de acueductos y alcantarillados, se escribe con la finalidad depresentar una visión amplia en el diseño de acueductos y alcantarillados.

No es un tema fácil, pero tampoco muy difícil, es por eso que hemos queridopresentar el modulo de tal modo que el estudiante entienda y analicemuchos fenómenos importantes que tiene que resolver el ingeniero.

Es nuestro propósito, producir un modulo de acueductos y alcantarilladosde fácil manejo para los estudiantes de ingeniería civil (modalidad adistancia), con un ágil recurso de consulta para los estudiantes yprofesionales con responsabilidades en proyectos de abastecimiento deagua, por eso se desarrollan los capítulos en forma secuencial(aprovechamiento, conducción, distribución etc.)

No obstante somos conscientes que en el diseño de los componentes de unsistema de acueducto no se sigue esa secuencia.

Se presentan en los diferentes capítulos, ejemplos que van de lo sencillo a lo

complejo, de lo teórico a lo practico, cada vez que se presente la necesidad.Se expusieron muchos principios de la mecánica de fluidos y la hidráulica detuberías.De igual manera, se presentan normas vigentes de nuestro país, con los quese regulan los proyectos de abastecimiento de agua.

De igual manera la parte de alcantarillado contiene las estructurasnecesarias que conforman un sistema, sus usos, dimensiones y normas deaplicación, al igual las tablas de calculo total de una red de alcantarilladoque contiene 37 columnas.

En lo posible se ha utilizado en los problemas y formulas el sistema métrico(MKS) por su tendencia a universalizarse.

Después de comprender el modulo, el estudiante deberá saber diseñarsistemas de tuberías, bocatomas, desarenadotes, tanques dealmacenamiento, redes de distribución, alcantarillado de aguas negras ytodas las demás estructuras hidráulicas que conforman los sistemas deacueductos y alcantarillados


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OBJETIVO GENERAL DEL MODULO

Reconocer que las ciencias y técnicas aplicadas a la distribución y uso delagua, engloban también su tratamiento y este alcanza cada vez mayorimportancia debido a la progresiva alteración que se esta produciendo en elmedio natural.

Identificar y explicar los diferentes usos del recurso agua, su tratamiento

etc.Identificar y conocer cada uno de los componentes de un sistema deacueducto y alcantarillado, su selección, como diseñarlo y distribuirlo paraser aprovechado

Identificar y conocer cada uno de los componentes de un alcantarilladosanitario, como se seleccionan y se diseñan


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OBJETIVOS ESPECIFICOS DEL MODULO

Desarrollar en el estudiante una conciencia física del aprovechamiento delrecurso “agua”

Diferenciar entre un sistema de acueducto y un sistema de alcantarillado

Entender los problemas técnicos que ocurren en las líneas de conducciónpor gravedad y por bombeo para el abastecimiento de agua en las ciudades,en las obras de toma, en los sitios de almacenamiento, los sitios dedistribución (redes) etc.

Aplicar los principios de la mecánica de fluidos, de la hidráulica general, lahidrologia en los sistemas de conducción de agua potable

Reconocer los principios de sedimentación en los desarenadotes

Estimar la importancia sanitaria de los sistemas de desinfección

Desarrollar el diseño de un sistema de acueducto

Desarrollar el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario

Preparar a los estudiantes para entrar a la práctica profesional y lasaplicaciones de la hidráulica general


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CAPITULO 1

INTRODUCCIONUNIDAD 1:

OBJETIVO GENERAL:

Reconocer que las ciencias y técnicas aplicadas a la distribución y uso deagua engloban también su tratamiento, identifica cada una de las partes deun sistema de acueducto, el glosario de términos, el ciclo hidrologia ( suaplicación), las enfermedades de origen hídrico y como prevenirlas


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OBJETIVO ESPECIFICO:

Desarrollar en el estudiante una conciencia para el aprovechamiento delrecurso “agua”

Analizar sobre los volúmenes de agua que necesita una comunidad para susnecesidades

Tener una visión clara de las enfermedades causadas por aguas mal tratadas


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GENERALIDADES

El criterio general que se ha seguido para el desarrollo de los programas deabastecimiento de aguas (agua potable) y alcantarillados es el de procurarahasta donde sea posible, el tratar los temas en el orden en que se estudian alelaborar los proyectos.

Cuando se desarrollan los temas, se citan las especificaciones adoptadas

por el INSFOPAL (Instituto de Fomento Municipal), la EAAB (Empresa deAcueducto y alcantarillado de Bogota), la CAR (Corporación AutónomaRegional) y Las Empresas Públicas de Medellín, acompañadas de ejemplosnuméricos.

Dentro de la problemática del saneamiento básico de comunidades tieneenorme importancia el suministro de agua potable y la recolección de aguasresiduales.

Toda población por pequeña que sea debe contar con los servicios deacueducto (agua potable), alcantarillado (aguas negras) y pluviales (aguas

lluvias), para esperar de ella un desarrollo un desarrollo social, cultural yeconómico, para quitar las tasas altas de mortalidad, creciendo así lasinfraestructuras necesarias para la población.

Para suministrar agua a las comunidades, se hace de manera especial laconstrucción de obras hidráulicas (Bocatomas) para captar las aguas, ladesarenacion (con desarenadores), las plantas de tratamiento (para purificarel agua), las recolecciones de agua (por tubería) y la distribución de lasaguas tratadas en las respectivas localidades.

De igual manera se hace necesaria la recolección de las aguas ya utilizadas

(para la comida, aseo, etc.) en las obras de Alcantarillado.Esto se hace proyectando una gran red de colectores, y obras decomplementarias (pozos de inspección, cámaras de caída), cajas etc. Paraluego verterlas a un cuerpo receptor.


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1.1 REPRESENTACION DE UN MODELO DE ACUAEDUCTO JUNTO CON UNALCANTARILLADO

FIG 1

1.2 PERIODO DE DISEÑO

Es el lapso en años para el futuro, para el cual se diseñan las obras deacueducto y alcantarillado.

En este periodo influyen:

BOCATOMADESARENERADOR

CONDUCCION

PLANTA

DETRATAMIENTO TANQUES

DISTRIBUCION DELAGUA

RECOLECCION

DE AGUAS

USADAS

PLANTAS DE AGUAS

RESIDUALES

(TRATAMIENTO)

CONDUCCION AGUAS ABAJO DE LA

BOCATOMAVERTIENTE


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a) La rata de crecimiento de la población.

b) Posibles variaciones del poder adquisitivo de la monedac) Vida probable de las estructuras.d) Facilidad de ampliación de las obras.e) Funcionamiento de las obras en los primeros años.f) Perfeccionamiento de los equipos.

Los periodos de Diseño fluctúan entre los 5 y los 100 años.

TABLA 1CLASE VIDA PROBABLE (años)

Tuberías de acueducto 25-35Acometidas 12-22Tuberías de alcantarillado 40-50Medidores 6-16

Pozos profundos 12-32Vehículos 6Maquinaria y equipos 12-23Presas y grandes conducciones 25-50

PLANTAS DE TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES

Con crecimiento bajo 20-25Con crecimiento alto 10-15

1.3 VOLUMEN DE AGUA

La base para el diseño de las obras de acueducto, se basa en la cantidad deagua potable que le deba suministrar a la comunidad.

Lo anterior debido a que los sistemas de acueducto y alcantarillado seconstruyen a veces con obras pequeñas y a veces grandes, tales comorepresas (embalses), conducciones (tuberías y canales), plantas detratamiento (desinfección del agua), tanques de almacenamiento (paraaprovisionamiento y reserva de agua), desarenadores (para decantar arenas

y sólidos en suspensión). Entonces los diseños deberán satisfacer todas lasnecesidades de la población


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Esto requiere el estudio de:

b) Usos del aguac) Hidrologia (Estudio hidrológico de la región), con las áreas aferentes,

cuencas hidrográficas, cálculo de las escorrentías superficiales ysubterráneas.

d) Estudio del ciclo hidrológico.e) Estudio de la evaporación de los cuerpos de agua.

f) Estudio de la transpiración de las plantas.g) Estudio y calculo de la evapotranspiracion.h) Estudios metereologicos (lluvias, vientos, temperaturas, etc.)i) Periodo de diseño.j) Población de diseño.

Antes de analizar cada componente y su Interpretación en el conjunto, esconveniente establecer y analizar aquellas características que conforman loscriterios de diseño:

a) Cifras de consumo de aguab) Periodos de diseño y vida útil de las estructuras.c) Variaciones periódicas de los consumos:d) Clases de tuberías y materiales a utilizar.

1.4 GLOSARIO DE TERMINOS

Agua potable: Agua apta para el consumo humano.

Agua residual: Agua servida o utilizada.Agua Polucionada: Agua negra sin tratar.

PH: Potencial de Hidrogeno.

Evaporación: Cantidad de agua que se evapora por el calor.

Transpiración: Cantidad de agua expulsada por las plantas.


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Evapotranspiracion: Es la suma de la evaporación ya la transpiración.

Desarenador: Tanque construido con el propósito de sedimentarpartículas en suspensión por gravedad.

Línea divisoria de aguas: Línea que demarca el área de drenaje en la cuencahidrográfica.

Cuenca hidrográfica: Porción de terreno que aporta escorrentía a una

vertiente.Escorrentía superficial: Cantidad de agua que corre por la superficie del

terreno.

Escorrentía subterránea: Cantidad de agua que se infiltra hacia grandesprofundidades y luego escurre hacia un cuerpo deagua (río).

RDE: Relación del Diámetro Espesor en tubería.

Periodo de diseño: Lapso en años para el cual se diseñan las obras.Cámara de caída: Tubería colocada antes de la llegada al pozo de

inspección.

Pendiente: Cambio de perfil del terreno.

Ciclo: Que se repite varias veces.Pluviométrica: Estudio y calculo de las lluvias.

Hidrometría: Estudio y calculo de las vertientes de agua.

Pozo de inspección: Estructura cilíndrica o tronco cónicas para hacer lalimpieza de las obras de aguas negras y paracambiar de dirección los colectores.

Cota: Se refiere a un altura.

Cota clave: Cota superior por encima de la tubería.

Cota batea: Cota inferior por debajo de la tubería.


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Densidad de población: Numero de personas que habitan una extensión deterreno.

Litr./hab./día: Litros por habitantes por día.

Alcantarillados de aguas negras: Conjunto de obras que evacuan aguasde desecho (aguas negras).

Alcantarillado pluvial: Conjunto de obras que evacuan agua

lluvias.LP: Línea piezometrica. (p/)

LET: Línea de energías totales. (p/+v²/2g)

Rapidez de flujo de volumen: Cantidad de fluido que pasa por unasección durante un segundo, un minutoo una hora.

Rapidez de flujo de masa: Cantidad de masa que pasa por unasección durante un tiempodeterminado.

Rapidez de flujo de peso: Cantidad de peso de fluido que pasapor una sección en un tiempodeterminado.

Rodete: Elemento transmisor de energía, constade varios alabes.

Bocatoma: Estructura que deriva el caudal dediseño o sea el caudal máximo dediseño.

Vertedero: Estructura hidráulica que mide elcaudal en un canal.


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Parshall: Dispositivo que permite la medición delcaudal en canales.

Consumo: Volumen de agua utilizado por unapersona en un día.

Galería de infiltración: Sistema de intercepción de aguassubterráneas que fluyen hacia un río oun lago.

Cienaga: Terreno pantanoso donde por efectosdel nivel freático el agua se mantienemuy superficial.

Red de distribución: Conjunto de tuberías que suministranagua potable a los consumidores.

Cisterna: Son sistemas de recolección yalmacenamiento de aguas lluvias.

Manantial: Afloramiento superficial de agua

subterránea.Obra de captación: Estructura utilizada pata captación de

aguas.

Poliomielitis: Parálisis infantil.

Filtro: Dispositivo que retiene materiales.

Caudal de diseño: Caudal con el cual se diseñan las obrasde acueducto..

Correntometros o molinetes: Equipos utilizados para medir lavelocidad de la corriente d agua en unasección.

Aforar: Es una medición del caudal en unacorriente de agua.

Limnimetro: Miras graduales, que miden los nivelesen una corriente.


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Bomba hidráulica: Maquina hidráulica capaz detransformar energía.

Tubería de succión: Tubería que va del pozo a la bomba.

Tubería de impulsión: Tubería que sale de la bomba yconduce el fluido.

Altura estática de succión: Distancia entre el nivel del agua en el

pozo húmedo y el eje de la bomba.Altura estática de impulsión: Es la diferencia entre el nivel dedescarga de la bomba y el eje del rotor.

Altura de velocidad (v²/2g): Energía cinética del fluido en cualquierpunto del sistema.

Altura de presión ( P/): Energía de presión del fluido encualquier punto del sistema.

Altura de pérdidas menores: Altura de agua adicional para vencer las

perdidas debidas a los accesorios(codos, llaves, válvulas, etc.)

Altura dinámica total: Altura total contra la cual debe trabajarla bomba.

Presión relativa o manométrica (Pm): Presión causada por el fluido.

Presión barométrica (Pb): Presión atmosférica del lugar.

Presión absoluta (Pab): Suma de la manométrica y barométrica

de un lugar.Psi: Presión en el sistema ingles ( libra

fuerza por pulgada cuadrada, lib/plg²)

Pa: Presión en Pascales (Newton/m²)

KPa: Kilo pascal.

Rpm: Revoluciones por minuto, velocidadangular.


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Coladera: Malla que impide la entrada de cuerposextraños que puedan dañar la bomba.

INSFOPAL: Instituto de Fomento Municipal.

Profundidad Hidráulica (H): Área de flujo (área mojada) dividida porel ancho de la superficie libre.

Válvula de Retención: Permite el paso del agua en la dirección

del bombeo y evita el flujo inverso.Válvula de cortina: Facilita trabajos de reparación ylimpieza de la válvula de retención.

Canal: Estructura hidráulica que conduce aguaa flujo libre.

Radio hidráulico: Dimensión característica, es la relaciónentre le área mojada y el perímetromojado.

Período de retención hidráulica: Tiempo que tarda una partícula de aguaen entrar y salir del tanque,comprendido entre 0.5 y 4 horas.

Peso especifico (): Propiedad de un fluido, dado porkgf/m³.

Densidad absoluta (ρ): Propiedad de un fluido, dado porkgm/m³.

Viscosidad: Propiedad de un fluido, que se opone al

movimiento del mismo.Densidad relativa: Es una relación entre el peso específico

de un fluido y el peso específico delagua a 4º C, es adimensional.

Válvula de Purga: Son válvulas que facilitan las laboresde limpieza de la tubería deconducción, colocadas en las partesbajas.


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Ventosas: Válvulas de expulsión o admisión deaire de funcionamiento automático,ubicados en los puntos altos de laconducción.

Codo: Accesorio que permite el cambio dedirección en una conducción.

Anclaje: Muro que sostiene la tubería en una

curva.Golpe de Ariete: Efecto de choque violento o sobrepresión súbita, sobre las paredes delconducto por le cierre repentino de unaválvula.

Celeridad (C): Es una velocidad.

Hidrante: Aparato que provee agua en caso deincendio.

Emisario final: Conduce todo el caudal de aguasresiduales o lluvias a su punto deentrega.

Tratamiento convencional: Para potabilizar agua los siguientesprocesos y operaciones: coagulación,floculación, sedimentación, filtración ydesinfección.

Vertimiento líquido: Es cualquier descarga liquida hecha aun cuerpo de agua o a un alcantarillado.

Lodo: Es la suspensión de un sólido en unlíquido proveniente del tratamiento deaguas, residuos líquidos u otrossimilares.

Toxicidad: Propiedad que tiene una sustancia,elemento o compuesto de causar dañosa la salud humana o la muerte aorganismos vivos.


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Agua cruda: Es aquella que no ha sido sometida aprocesos de tratamiento.

Contaminación del agua: Es la polución de esta que produce opuede producir enfermedades o lamuerte al consumidor.

Análisis físico-químico del agua: Es aquel que se efectúa paradeterminar la presencia tipo y cantidad

de bacterias.Muestra instantánea de agua: Es la tomada en el lugar representativo,

en un determinado momento.

Escherichia Coli (E-Coli, coli fecal): Bacilo gramnepatido, que no formaesporas que fermenta la lactosa conproducción de acido y de grasa a 44.5ºC.

Norma de calidad del agua: Valor admisible o deseable. Establecido

para algunas características presentesen el agua.

Tratamiento: Conjunto d operaciones y procesosunitarios que se realizan sobre el aguacruda para modificar suscaracterísticas físicas, químicas ybacteriológicas.

Sistema de suministro de agua: Comprende las obras, equipos ymateriales empleados para la

conducción, tratamiento,almacenamiento y distribución del aguapara el consumo humano desde lafuente hasta la entrega al usuario.

Fuente de abastecimiento: Es todo recurso de agua susceptible deser utilizado por un sistema desuministro de agua.


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Planta de Tratamiento: Conjunto de obras, equipos ymateriales necesarios para efectuar losprocesos y operaciones unitarias quepermitan obtener agua potable.

Per cápita: Por cabeza, por individuo.

1.5 CARACTERISITCAS DEL AGUA POTABLE, ENFERMEDADES DEORIGEN HIDRICO.

El agua para consumo humano debe cumplir:

1) Que sea saludable

2) Que sea agradableSer saludable, es decir:

a) No contaminadab) Libre de materias toxicas o venenosas.c) Libre de cantidades excesivas de minerales y materia orgánica.

Casos en el que el agua puede ser toxica

a) Por contaminantes naturales como: arsénico, boro, fluor (en altasproporciones)b) Contaminantes de origen vegetal, como: plantas toxicas y acuáticas

(en sitios pantanosos).c) Contaminación adquirida: por estructuras mismas de acueducto.d) Contaminantes por descarga de residuos industriales en las fuentes

de captación.

1.6 Aguas Agradables:


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Para que el agua sea agradable debe tener ciertas características como:

a) La turbiedad: Depende o es causada por las materias orgánicas ensuspensión, como: arcillas, limos, arenas finas, materiacoloidal, etc.).

b) El color: No produce daños al organismo, es producida por eloxido del hierro.

c) Olores: Producidos por la materia orgánica que se disuelve en elagua, ej.:el fenol que es toxico. Sabor: el cloro producesabor pero no es perjudicial.

d) Temperatura: No se puede controlar, la temperatura ideal para el usuarioes de 15º C

Para controlar la turbiedad, el color, el sabor, se debe tener en cuenta:

a) La coagulación.

b) La sedimentación.c) La filtración.

1.7 Ingeniería Sanitaria: Conjunto de obras ligadas que la ser aplicadasguardan estrecha relación con la higiene publica.

Se debe amoldar el medio al hombre, por medio de acueductos,alcantarillados, disposición de aguas usadas.

También se debe amoldar el hombre al medio teniendo en cuenta:

a) Vacunas preventivas.b) Medidas preventivas de salud.

El hombre utiliza el recurso del agua y la toma del ciclo hidrológico, así:


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FIG. 21.8 Dureza del agua:

Es producida por bicarbonatos de aluminio o de magnesio, una

característica de la aguas duras “es que los alimentos que se cocinan conellas duran mucho para cocinarse y hay mas gasto de energía, otracaracterística es que los recipientes donde la contienen al poco tiemporesultan perforados o corroídos.

La dureza del agua se mide en miligr./litro.El agua para consumo debe tener 0.2 miligr./litro de dureza.

PRECIPITACION EN FORMA DE LLUVIA

EVAPORACION

EVAPORACION

EVAPORACION

MARINFILTRACION

CORRIENTE SUBTERRANEA

ESTRACTO IMPERMEABLE

LAGO

RIO


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1.9 Acidez y alcalinidad del agua:

Estas se miden por el PH (potencial de Hidrogeno), o sea la concentracióndel Ion hidrogeno en el agua.

El agua buena esta entre 6.3 y 7.5 de PH.La acidez va de 0 a 7 de PH.La alcalinidad de 7 a 14 de PH.

La acidez se produce por acido carbónico.

Las aguas acidas son corrosivas y acaban con las Tuberías.La alcalinidad se produce por bicarbonatos de aluminio e hidróxidossodio y de potasio.El control de alcalinidad y acidez se controla con la “cal” que hace tenderel agua a su punto neutro.

“Las aguas duras” son las que tienen Hg, Ca, Fe y Al.El agua con poco yodo y fluor no es muy recomendable para elorganismo.

14

7

0

Alcalinidad

PH (neutro)

Acidez


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La materia orgánica no es nociva al organismo, pero le causa olor y colordesagradables al agua.

1.10 ENFERMEDADES CAUSADAS POR AGUAS CONTAMINADAS

1) El cólera; producido por la bacteria “Vibrio Comma”.

2) Disentería amebiana: Producida por el protozoo unicelular“Entamoeba Histolica”

3) Parálisis Infantil: Producida por el virus de la poliomielitis, queataca el sistema nervioso.

4) Dolor estomacal y diarrea (Ecoli-Colifecal): Producida por la

entamoeba Coli.5) Amebiasis: Producida por protozoos.

6) Virus: Enfermedades tales como la hepatitis.

7) Fiebre Tifoidea: Producida por el bacilo Eberth.

8) Parasitismo intestinal: Virus.

9) Gastroenteritis: Microorganismos.

10) Hepatitis infecciosa: Virus.

11) Disentería bacilar: Genero Shigelia.

El cólera, de 1 a 4 micrones de largo y 0.2 a 0.4 micrones de diámetro, superiodo de vida en aguas residuales es muy corto, pero en agua naturales nocontaminadas es de 1 a 2 semanas y puede llegar hasta 1 mes según sea lacalidad del agua, enfermedad infectocontagiosa por lo común endémica, seadquiere por la ingestión de comida o agua, periodo de incubación típico de3 días.


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La disentería amebiana llamada también amebiasis o colitis amebiana escausada por el protozoo unicelular Entamoeba Histolica, el cual agrupado enquistes es muy resistente.Se adquiere al ingerir alimentos contaminados o agua contaminada, superiodo de incubación es de 1 a 3 días pero puede llegar a 4 semanas.

La parálisis infantil, llanada también poliomielitis, causada por el virus de lapoliomielitis .Este tipo de virus es bastante resistente pero puede ser inactivado con una

dosis de 0.05 mg/L de cloro libre (en ausencia de materia orgánica).El virus ataca el sistema nervioso central y causa la parálisis de lasextremidades inferiores. Generalmente ataca la población infantil (1 a 16años). El periodo de incubación es de 1 a 2 semanas.

Las medidas preventivas son las mismas para todas las enfermedades:

a) Suministro de aguas potables (por los acueductos) con calidad

química y bacteriológica.b) Adecuada disposición de excretas (materia fecal) por medio de

alcantarillados.

c) Limpieza de alimentos y pasteurización de la leche.

d) Control permanente de la calidad del agua.

e) Educación del público, de higiene personal y jornadas de vacunación.


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1.11 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad:

titulo Autor Editorial Edición Tipo

Elementos dediseño paraacueductos y

alcantarillados

López CuallaRicardo A.

EscuelaColombianade Ingeniería

PrimeraEdición

Consulta

Curso deabastecimientode agua parapoblaciones

Castilla, A.R. Universidadde la Salle

Segundaedición, 1984

Consulta

AcueductosTeoría ydiseño

CorchoFreddy

Universidadde Medellín


Consulta

Diseño deacueductos yalcantarillados

Silva G. LuisFelipe

UniversidadJaveriana


Consulta

Auxiliar paradiseño yconstruccióndealcantarillados

PérezCarmonaRafael

Escala Primera,1978 Consulta

Diseño básicode acueductosyalcantarillados

Arturo,LauroHoracio

UniversidadNacional,Bogota

Consulta

Legislaciónambiental,

decreto2105/83,calidad ypotabilizaciondel agua. Ley142/94,serviciospúblicosdomiciliarios.

Ministeriodel Medio

Ambiente

PrensaOficial

1977 Consulta


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1.12 Autoevaluacion: UNIDAD I

1) Explique el ciclo hidrológico, ayudado de un esquema.

2) Defina brevemente:

a. Evaporaciónb. Evapotranspiracionc. Agua potabled. Desarenadore. Escorrentía superficialf. Cota bateag. Cota claveh. RDEi. Agua polucionadaj. Hidrante

3) ¿Qué virus produce la poliomelitis?

4) ¿Qué protozoo produce la disentería amebiana?.

5) ¿Qué estructuras conforman un acueducto?.


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CAPITULO 2

UNIDAD 2: CRITERIOS BASICOS PARA EL DISEÑO

OBJETIVO GENERAL

Reconocer que las ciencias técnicas aplicadas a la distribución y uso delagua engloban también su tratamiento. Identifica también como aprender loscriterios de cálculo de población y sus diferentes métodos para que elestudiante tenga un amplio conocimiento de estos


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OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Tener un concepto claro de los criterios para el diseño de un acueducto

Aprender a calcular la población de diseño con cualquiera de los métodosexpuestos

Aprender el periodo de visa útil de un acueducto

Entender y aprender el proceso comparativo del cálculo de población dediseño por el método de comparación grafica


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INTRODUCCION

Al iniciar el planteamiento de un programa de acueducto es necesarioestablecer y analizar las características que conforman los criterios dediseño:

- Disponibilidad en cantidad y calidad de agua que se suministra por el

acueducto, es la base del diseño de las estructuras hidráulicas, esto hacenecesario el estudio de factores tales como:

a) Uso del aguab) Hidrologia de diseñoc) Población de diseñod) Periodo de diseño y vida probable de las estructurase) Área de diseñof) Usos e inversión del capitalg) Disponibilidad en cantidad y calidad del aguah) Estadística de consumo de agua en las localidades

i) Variación periódica de los consumosj) Calidad de los materiales a utilizar en las obras.

USOS DEL AGUA:

Determinar si es para uso: domestico, industrial, público o institucional, yaque cada uso de estos tiene una demanda diferente.

2.1 HIDROLOGIA DE DISEÑO

Se hace necesario el estudio hidrológico de la cuenca hidrográfica de dondevamos a tomar la captación de agua y el estudio de los aportes de agua delas áreas aferentes o áreas de drenaje que alimentan la vertienteseleccionada.


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2.2 POBLACION DE DISEÑO

a) Estudio de población:

El tamaño de un sistema de abastecimiento depende de diversos factorestales como: el periodo de diseño, la rata de crecimiento poblacional, lacapacidad de endeudamiento de la entidad que va a construir y

administrar las obras.El periodo de diseño a la vez esta condicionado entre otros por elcrecimiento poblacional.

Para estudiar la población futura es necesario estudiar las característicassociales, culturales y económicas de sus habitantes en el pasado y en elfuturo.El numero de habitantes de una localidad puede crecer por nacimientos einmigraciones, también decrece por muertes y emigraciones.

El problema del numero de habitantes futuros esta sujeto a cierto numerode variables difíciles de predecir, por lo tanto solo puede determinarse deuna manera aproximada.La base de cualquier tipo de proyección de la población son los censos.

En Colombia se disponen de los censos de julio 5 de 1938, mayo 9 de1951, julio 15 de 1964, octubre 15 de 1985 y censo del año 2005.La selección del método de proyección de la población depende de lacantidad de datos disponibles.

Los métodos mas frecuentemente utilizados son:

b) CRECIMIENTO GEOMETRICO (rata de crecimiento a porcentajeuniforme)

Este se presenta cuando el aumento de la población es proporcional altamaño de esta.Se usa el mismo método que en el interés compuesto:

Sea Pf= población futuraTf=años de la proyección en el futuroTuc= año del ultimo censo


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Puc= Población ultimo censo.

Donde r= tasa o rata de crecimiento anual.

NOTA: Esta formula se compara con la de interés compuesto utilizada enmatemáticas financiera:

M= monto o capital acumuladoC=capital prestador= tasa de crecimiento anual, (r=it; i=r/t)n=numero de años

Tomando logaritmos de ambos lados, se tiene:

Ln Pf= Ln(Puc)+(Tf-Tuc)Ln(1+r) (1)

Ln (1+r)= (Ln Pf- Ln (Puc))/(TF-Tuc)

Si se reemplazan los valores del ultimo censo y del censo inicial, se obtieneuna tasa de crecimiento anual así:

Ln (1+r)= (Ln Puc- Ln (Pci))/(Tuc-Tci)

(Tf-Tuc)Pf= Puc ( 1+r)

nM= C(1+r)


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Una vez calculado Ln (1+r), entonces reemplazamos en la ecuación (1) paratener la población final o la proyección de la población.También podemos tener las siguientes ecuaciones:

dp/dt=rp

Separando términos se tiene:

dp/p=r dt

Integrando

P n P n

∫ (dp/p)= ∫ r dt; Ln P] = rt ] P1 0 P1 0

Ln (P) –Ln (P1) = r(n)

Ln (P/P1)= rn

rn(P/P1)= e

rnP=P1 e

P= población futura o proyectadaP1= Población inicial

e= numero de Euler=2.717r=tasa de crecimiento anualn= numero de años

Si escribimos

rn ne = (1+r)


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rn Ln e= n Ln (1+r)r= Ln (1+r)

rn nLuego e = (1+r)

nFinalmente P=P1(1+r)

c) Método de crecimiento aritmético

Cuando el crecimiento de la población es constante e independiente deltamaño de esta, el crecimiento es aritmético o lineal.Este método requiere que la población aumente con una rata constante, esdecir que a la población actual del ultimo censo se le adicione un numero fijode habitantes por cada periodo en el futuro.

Gráficamente se representa por una grafica lineal. Este método es aplicablea pequeñas localidades, en especial rurales y ciudades grandes concrecimiento muy estabilizado y que posean áreas de desarrollo futuro casi

nulas. Supone un crecimiento vegetativo balanceado por la mortalidad y laemigración.

La ecuación es:

dP/dt=Ko

dP= Ko dt

Integrando ambos términos:

∫ dP= Ko ∫ dtP1 t1

P] = Ko [t] Po to

P1-Po = Ko [t1-to]

Ko= (P1-Po)/(t1-to)

Ko= (P1-Po)/m


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m= periodo intercensalto= año correspondiente al censo PoKo= Constante o rata de crecimiento aritméticot1= año correspondiente al censo P1

Entonces la población final al periodo de diseño, es:

P= P1+n[(P1-Po)/m]

n= Periodo comprendido entre el ultimo censo considerado y el ultimoaño del periodo de diseño.

También si llamamos:

P1=PucPo=Pcit1= Tucto=TciP=Pf

Tenemos que: Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci)

Donde Ko= pendiente de la recta, constantePuc= Población del ultimo censo

Tuc= Año del ultimo censoPci= Población del censo inicialTci= Año del censo inicial

Luego, la población final (Pf) el periodo de diseño es:

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc)

Donde Pf= Población proyectadaTf= año de la población en el futuro.


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d) Método de la variación logarítmicaEs un crecimiento de tipo exponencial.Si se expone la ecuación diferencial:

dP/dt=KP

Separando términos:

dP/P= K dt

P2 t2

∫ dP/P = K ∫ dtP1 t1

P2 t2

Ln P] = K[t] P1 t1

Ln P2-Ln P1 = K [t2-t1]

K= (Ln P2-Ln P1)/(t2-t1)

Haciendo dos periodos de tiempo cualquiera entonces:

K= (Ln Pcp-Ln Pca)/(Tcp-Tca)

Cp= Censo posteriorCa= Censo anterior

Finalmente obtenemos la ecuación de la proyección de población:

Ln Pf= Ln Pci+ K (Tf-Tuc)


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e) Método de la comparación grafica

Este método exige un amplio conocimiento tanto de la población en estudiocomo de las poblaciones con las cuales se hace la comparación.

Luego hacemos una comparación de manera grafica con unas trespoblaciones con determinadas características.

Es necesario que las poblaciones escogidas hayan alcanzado en añosanteriores la población actual de la ciudad en estudio y es absolutamenteindispensable que la tendencia de crecimiento de la ciudad en estudio seasimilar a la de aquellas por razones económicas, sociales, geográficas ypolíticas.

Operando con poblaciones de las siguientes características tenemos:

Población I: Es la ciudad que vamos a trabajar o estudiar.Población II: Es una ciudad localizada en la misma región pero que tienesimilitud con la población I, en tamaño, clima, costumbres, comercio, etc.

Población III: Es una ciudad que esta en la misma región con igual similitud,pero con un mayor numero de habitantes respecto a la ciudad I

Población IV: Es una ciudad de otra región de la misma nación (país), peroque supera en habitantes a la población I.

Entonces se procede así:Es un sistema coordenado tomando los años por las abscisas y la poblaciónpor las ordenadas, se dibujan las graficas correspondientes de laspoblaciones respecto de las cuales se va a comparar incluyendo la grafica dla población I.

Desplazamos luego paralelamente hasta el último censo la población I, cadauna de las graficas de crecimiento de las poblaciones II, III, IV.


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Finalmente tomamos como población I, el promedio de los valores de laspoblaciones de las 3 graficas desplazadas y prolongadas.

f) Ejemplo: Los datos de población para una ciudad son:

Año 1985= 30000 habAño 1995= 50000 hab

Calcular la población para el año 2005 por el método aritmético.

Llamando Tci= 1985, Tf= 2005= año de proyecciónTuc= 1995Pci= 30000 habPuc= 50000 habTf= 2005= año de la proyección

Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci)

Ko= (50000-30000)/(1995-1985)

Ko=20000/10

Ko= 2000

Aplicando Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc)Pf= 50000+2000(2005-1995)

Pf= 50000+20000

Pf= 70000 hab, población para el 2005

Si resolvemos el anterior problema por el método geométrico, se tiene:


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Ln (1+r)= (Ln Puc-Ln Pci)/(Tuc-Tci)

Ln (1+r)= (Ln 50000-Ln 30000)/(1995-1985)

Ln (1+r)= (10.819778-10.308952)/10

Ln (1+r)= 0.510825/10

Ln (1+r)= 0.0513825

Reemplazando este valor en la ecuación

Ln (Pf)= Ln (Puc)+(Tf-Tuc)* Ln (1+r)

Tenemos:

Ln (Pf)= Ln 50000+(2005-1995)*0.0510825Ln (Pf)= 10.819778+0.510825

Ln(Pf)=11.330603

Pf= ant Ln (11.330603)

Pf= 83333 Hab

Podemos promediar estos dos cálculos para mayor aproximación, entonces:

Pf= (70000+83333)/2

Pf= 76667 Hab, población para el año 2005

Ejemplo: Resolver aplicando el método logarítmico, la población futura delos siguientes datos:


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Año: 1983; 35000 hab

Año: 1995; 48000 hab

Calcular la población para el año 2008

K= (Ln Pcp-Ln Pca)/(Tcp-Tca)

K= (Ln 48000-Ln 35000)/(1995-1983)K=(10.778956-10.463103)/12

K= 0.315853/12

K= 0.026321

▲ Ln (Pf)= Ln Pci+ K (Tf-Tuc)

Ln (Pf)= Ln 35000+0.026321 (2008-1995)

Ln (Pf)= 10.463103+0.023321 (13)

Ln (Pf)= 10.463103+0.342173

Ln (Pf)= 10.805276

Pf= 49280 hab, población para el 2008.

Ejemplo:

Calcular aplicando el método aritmético

Año del censo Pci Puc

Octubre 24/1973 37362 hab

Octubre 12/1985 48300 hab

Calcular la población en Junio 30 de 2012


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AÑO MES DIA

1985 10 12 -- 1984 22 12 - 1984 21 42

1973 10 24 -- 1973 10 24 1973 10 24-----------------------

11 11 18

Entonces tendremos 11 años+ 11 meses+18 días; o sea: 11+354días=11.9834 años

Tci= 24 oct/1973, Tf= junio 30/2012Tuc= 12 oct/1985Pci= 37362 habPuc= 48300 Hab

Ko= (Puc-Pci)/(Tuc-Tci)

Ko= (48300-37362)/11.9834Ko=912.762655

Entonces:

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc)

Calculamos Tf-Tuc, asi:

2012 06 30-

2011 18 301985 10 12- 1985 10 12-- -----------------------------------------

26 8 18

26 años+262 dias= 26.72778 años

Explicación: Son 26 años, 8 meses y 18 días

Los 8 meses son: 4*30= 120 días4*31= 124 días

--------------


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244 día+18 días= 262 días

Luego tenemos: 26 años y 262 días

262/360= 0.72778 años

Tiempo total= 26+0.72778=26.72778 años

Finalmente Tf-Tuc= 26.72778 años

Pf=Puc+Ko(26.727778)Pf=48300+912.762655(26.72778)

Pf=48300+24396.12= 72696 hab.

Calculando por le método logarítmico se tiene:

Ln(1+r)=(Ln 48300-Ln 37362)/(11.9834)

Ln (1+r)= (10.78518684-10.5284094)/(11.9834)

Ln(1+r)= 0.2567774/11.9834 = 0.0214277

Aplicando la expresión:

Ln Pf= Ln 48300+(26.72778))0.0214277)

Ln Pf= 10.78518684+0.572715

Ln Pf= 11.3579

Pf= 85639 hab.Población promedio (Pf)= (72696+85639)/2

Pf= 79168 hab.Finalmente tenemos: Pf= 79168 hab, población para junio 30 de 2012.Ejemplo:

Resolver por el método de comparación grafica, con los siguientes datos delos censos desde 1938 hasta 2005, haciendo la proyección para 10 años,previendo 2 etapas de 5 años cada una, a partir de la fecha 2006


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A O(CENSOS)

POBLACION

1938 200001951 300001964 400001973 600001986 700002005 80000

POBLACION EN MILES DE HABITANTES

AÑO CIUDAD I CIUDAD II CIUDAD III CIUDAD IV

1938 20 25 30 381951 30 38 45 501964 40 55 60 681973 60 70 75 801986 70 80 85 952005 80 90 95 100

0

20

40

60

80

100

120

1938 1951 1964 1973 1986 2005

I

II

III

IV

FIG 3

Los resultados obtenidos en las proyecciones de las poblaciones son:


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AÑOPOBLACION EN MILES DE HABITANTES

LINEAL GEOMETRICO LOGARITMICO

2006 80896 81630 989362007 81791 82294 1008742008 82687 84992 103268

2009 83582 86724 1057182010 84478 88491 1082272011 85373 90295 1107952012 86269 92135 1134252013 87164 94013 1161152014 88060 95729 1188702015 88955 97884 1216912016 89851 99879 124578

Como se pide para dos periodos de 5 años cada uno, tenemos el resumen de

población asi:

POBLACION EN MILES DE HABITANTESA O GRAFICO LINEAL GEOMET. LOGARIT. PROMED.

2006 81000 80896 81630 98536 855162011 83000 85373 90295 110795 924072016 84000 89851 99879 124578 99577

Si calculamos por el método Lineal, se tiene:

▲ Tf= 2006Tuc= 2005

Tf-Tuc= 1.0

Puc= 80000Pf= Puc+ko(Tf-Tuc)


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59

Pf=80000+ko(1.0)

Ko=(Puc-Pci)/(Tuc-Tci)

Ko=(80000-20000)/(2005-1938)

Ko=60000/67Ko=895.52

Aplicando la ecuación:

Pf= Puc+Ko(Tf-Tuc)

Pf= 80000+895.52(2006-2005)Pf= 80000+895.52(1)Pf=80896 hab.

▲Tf= 2007

Tuc= 2005Tf-Tuc= 2007-2005= 2

Pf= 80000+895.52(2)Pf= 80000+1791Pf=81791 hab

▲ Tf= 2008Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2008-2005= 3

Pf= 80000+895.52(3)Pf= 80000+2687Pf=82687 hab

▲ Tf= 2009Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2009-2005= 4


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Pf= 80000+895.52(4)Pf=83582 hab.

▲ Tf= 2010Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2010-2005= 5

Pf= 80000+895.52(5)Pf=84478 hab

▲ Tf= 2011Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2011-2005= 6

Pf= 80000+895.52(6)Pf=85373 hab

▲ Tf= 2012Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2012-2005= 7

Pf= 80000+895.52(7)Pf=86269 hab

▲ Tf= 2013Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2013-2005= 8

Pf= 80000+895.52(8)Pf=87164 hab

▲ Tf= 2014Tuc= 2005


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61

Tf-Tuc= 2014-2005= 9

Pf= 80000+895.52(9)Pf=88060 hab

▲ Tf= 2015Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2015-2005= 10Pf= 80000+895.52(10)Pf=88955 hab

▲ Tf= 2016Tuc= 2005

Tf-Tuc= 2016-2005= 11

Pf= 80000+895.52(11)Pf=89851 hab

Aplicando el método geométrico, se tiene:

Ln Pf= Ln Puc+(Tf-Tuc)Ln (1+r)

Tf-Tuc= 2006-2005= 1.0

Ln (1+r)= (Ln Puc-Ln Pci)/(Tf-Tuc)Ln(1+r)=(Ln 80000-Ln 20000)/(2006-1938)

Ln(1+r)= (11.289782-9.903488)/68

Ln(1+r)= 0.02038

(1+r)= 1.02038

r= 0.02038


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(Tf-Tuc)▲ Pf= Puc (1+r)

1Pf= 80000(1+0.02038)

Pf= 81630 hb

ò Ln Pf= Ln Puc+(Tf-Tuc) Ln (1+r)

Ln Pf= Ln 80000+(1)(0.02038)Pf= 81630 hab.

▲ Tf-Tuc= 2007-2005=2

Tuc-Tci= 68r= 0.02038

2Pf= Puc (1+r)

2

Pf= 80000 (1.02038)Pf= 83294 hab

▲ Tf-Tuc= 2008-2005= 3

Tuc-Tci= 68r= 0.02038

3Pf= 80000 (1.02038)

Pf= 84992 hab

▲ Tf-Tuc= 2009-2005=4


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Tuc-Tci= 68r= 0.02038

4Pf= 80000 (1.02038)

Pf= 86724 hab

Y asi sucesivamente.

Aplicando método logarítmico, se tiene:

K=(Ln Pcp-Ln Pca)/(Tcp-Tca)

K1= (Ln 30000-Ln 20000)/(1951-1938)K1=0.03119

K2= (Ln 40000-Ln 30000)/(1964-1951)K2= 0.022129

K3= (Ln 60000-Ln 40000)/(1973-1964)K3= 0.0450516

Y asi sucesivamente

Posteriormente obtenemos el promedio asi:

K(Prom.)=(0.03119+0.022129+0.0450516+0.011858+0.00702795)/5K(Prom.)=0.0234516

Aplicando la formula:

▲Ln (Pf)= Ln Pci+k(prom)(Tf-Tuc)

Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(2006-1938)

Pf= 98536 hab.


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▲Tf=2007Tuc= 19382007-1938=69Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(69)

Pf= 100874 hab.

▲Tf=2008Tuc= 19382008-1938=70Ln Pf= Ln 20000+0.0234513(70)

Pf= 103268 hab.

Y asi sucesivamente.

2.3 Periodo de diseño y vida probable de las estructuras

2.4 Factores de importancia en esta determinación son:

1) Durabilidad o vida útil o probable de las estructuras.Todo material se deteriora con el uso y con el tiempo pero suresistencia a los esfuerzos y daños a los cuales esta sometido esvariable. Ejemplo: cuando se habla de tuberías encontramos distintasresistencias al desgaste por erosión, fragilidad, corrosión.

Todas las obras que constituyen un sistema de acueducto como son:bocatoma, desarenerador, tuberías, plantas de tratamiento, tanques,accesorios, bombas, etc., tiene resistencia Fìsica variable y entonceshay que analizar la vida útil de cada una de ellas.

VIDA PROBABLE DE ESTRUCTURAS Y EQUIPOS

TABLA 2Represas y túneles 50 a 100 añosAcometidas 10 a 20 añosTubería de acueducto 25 a 30 añosPlantas de Tratamiento (sinconsiderar ampliaciones)

22 a 32 años


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Pozos profundos 10 a 30 añosEstaciones de bombeo 10 a 16 añosEstructuras y edificios de

hormigón y metal30 a 50 años

2) Facilidades de construcción y posibilidades de ampliación

La fijación de un periodo de diseño esta íntimamente ligada a factoreseconómicos.

En todo proyecto de abastecimiento de agua es de suma importanciaestudiar la posibilidad de proyectar la obra por etapas.Esta condición permite asignar un periodo de diseño para lascomponentes iniciales menor que el periodo de diseño acumulado,cuando se cumple la ultima etapa.

La asignación de un periodo de diseño ajustado a criterios económicoestará regido por la dificultad o la facilidad de su construcción.

3) Rata de crecimiento de población de la localidad.

Cuando la población es estudio tiene una rata de crecimiento alta sehace necesario proyectar y construir el sistema definitivo en una solaetapa.

Las razones de durabilidad y resistencia al desgaste físico esindudable que represente un factor importante para realizar un mejordiseño, adicionalmente de debe hacer las estimaciones de interés y decosto capitalizado para que pueda aprovecharse mas útilmente lainversión hecha.

Generalmente los sistemas de abastecimiento se diseñan y

construyen para suplir una población mayor que la actual en unfuturo.

4) Rata de interés de préstamo para la construcción.

Las ciudades y municipios para construir y pagar los contratos deconstrucción de acueductos recurren a prestamos de los bancos.Si los intereses son bajos se prefiere construir la obra en una solaetapa.Si los intereses son altos se aconseja construir la obra en variasetapas.


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5) Variaciones del poder adquisitivo de la moneda

A mayor inflación menor será el tamaño del proyecto y por ende elperiodo de diseño.

6) Funcionamiento de las obras en los primeros años.

El sobredimensionamiento de los componentes del sistema ocasionaperiodos de diseño altos y un mal funcionamiento de los mismos.


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2.5 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

Bibliografía consultada para la elaboración de esta unidad:

titulo Autor Editorial Edición Tipo

Elementos de

diseño paraacueductos yalcantarillados

López Cualla

Ricardo A.

Escuela

Colombianade Ingeniería

Primera

Edición

Consulta

Curso deabastecimientode agua parapoblaciones

Castilla, A.R. Universidadde la Salle


Consulta

AcueductosTeoría ydiseño

CorchoFreddy

Universidadde Medellín


Consulta

Diseño de

acueductos yalcantarillados

Silva G. Luis

Felipe

Universidad

Javeriana

Segunda

edición, 1978

Consulta

Auxiliar paradiseño yconstruccióndealcantarillados

PérezCarmonaRafael

Escala Primera,1978

Consulta

Diseño básicode acueductosyalcantarillados

Arturo,LauroHoracio

UniversidadNacional,Bogota

Consulta

Legislaciónambiental,decreto2105/83,calidad ypotabilizaciondel agua. Ley142/94,serviciospúblicosdomiciliarios.

Ministeriodel MedioAmbiente

PrensaOficial 1977 Consulta


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2.6 Autoevaluacion: UNIDAD 2

1) Realice un cuadro diferencial entre el método logarítmico, aritmético ygeométrico, para calculo de población futura.

2) Que se entiende por vida probable de una estructura.3) Resuma los factores de importancia en la determinación del periodo y

vida útil de las estructuras.

4) Los datos de una población para una localidad son:

Año 1980-- 50000 hab.Año 2000- 60000 hab.

Determine la población para el año 2005, aplicando método aritmético

y geométrico.

5) Que entiende por acidez y por alcalinidad

6) Nombre dos enfermedades de origen hídrico y diga que bacteria laproduce.


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CAPITULO III

UNIDAD 3: OBRAS DE CAPTACION.

OBJETIVO GENERAL:

Reconocer que las ciencia técnicas aplicadas a la distribución y uso delagua, engloban también su tratamiento. Identifican cada una de las partes deun acueducto, las obras de captación, su uso, su utilización y ubicación.


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OBJETIVO ESPECIFICO:

-Que el estudiante diferencie cada una de las obras de captación.

-Orientar al estudiante en el diseño de las bocatomas laterales como las defondo.

-Aprender a localizar las bocatomas según el caso.

-Aprender al redimensionamiento de las bocatomas de acuerdo al caudal dediseño.


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INTRODUCCION.

Se conoce con el nombre de obras de captación las estructuras que secolocan directamente sobre las fuentes superficiales o subterráneas que sehan seleccionado como económicamente utilizables para surtir una red deacueducto.

Las obras de captación en los ríos deben proyectarse en los tramos rectos

del río o en la parte exterior de las curvas ( a fin de evitar que la captación secólmate de sedimentos).

El localizar las obras de captación en la parte interior de las curvas tiene lossiguientes inconvenientes:

a) En las crecientes o avenidas máxima la mayor parte del acarreo(sedimentos, hojas) queda depositado en la parte interior de la curva(por que allí la velocidad de flujo es menor).

b) El hecho que el cauce se profundiza (aumente de nivel) en el lado

exterior de las curvas y cuando se presentan los niveles mínimos sealeja el nivel del agua de la orilla interior, quedando en seco la obra dacaptación (Bocatoma lateral).


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FIG. 4

OBRA DECAPTACION

(BOCATOMA)

RIO

BOCATOMA EN TRAMO RECTODEL RIO

SEDIMENTOS

RIO

OBRA DECAPTACION EN

CURVA(BOCATOMA)

FIG. 5 BOCATOMA EN TRAMO CURVO DE RIO


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3.1 FACTORES QUE DEBEN TENERSE EN CUENTA EN LA LOCALIZACIONDE LAS OBRAS DE CAPTACION:

1) Normalmente las aguas captadas se conducen a uno o varios tanqueslocalizados ya sea dentro de la ciudad o en sus proximidades.

2) Otro aspecto importante que debe tenerse en cuenta al estudiar lalocalización de las obras de captación es el de la inspección de la

cuenca hidrográfica desde el punto de vista sanitario, para constatarque aguas arriba del sitio escogido no caigan agua negras (dealcantarillado) o cualquier otra fuente de contaminación, tales comoresiduos industriales, de fabrica, etc.

Se debe tomar muestras de agua para efectuar análisis fisico-quimicosy bacteriológicos, para constatar que el agua no contiene sustanciasnocivas a la salud, y determinar el grado de contaminación bacterial.

3) Otro aspecto es elaborar trabajos topográficos para las obras decaptación en el sitio escogido, se deben elaborar las curvas de nivel.

4) Se debe elaborar un perfil transversal del río y zonas contiguas, en elcual se indican los niveles máximos y mínimos del río. Y el perfillongitudinal del lecho del río.

3.2 CLASES DE BOCATOMAS

Bocatoma o captación lateral:

Este tipo de captación es apropiado para captar en ríos importantes.Utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal muy

grande y el ancho del río es considerablemente ancho.La estructura debe quedar a una altura conveniente del fondo,ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior y protegidos de laerosión y socavación.

Para un buen diseño es necesario estudiar el comportamientohidrológico de la corriente (estudio de las cuencas hidrográficas y delas áreas aferentes o de drenaje hacia la corriente), determinar losgastos máximos y mínimos y la curva de gastos (Curva de duraciónde caudales naturales).


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Se debe hacer el estudio de las máximas crecientes (avenidas) parapoder asegurar una debida protección de las estructuras.

La información de los gastos mínimos garantiza la selección de uncaudal a captar, adecuados a los niveles mínimos de la corriente.

Este tipo de captación es frecuente cuando la conducción se va aefectuar mediante una estación de bombeo, ya que seria necesarioproyectar la salida a un nivel bastante bajo, teniendo en cuenta los

niveles mínimos del río.

FIG. 6

VARIANTE DE LA CAPTACION DE FONDO


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FIG. 7

BOMBA BOMBA

RIO

PLANTA

A

A


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FIG. 8

En caso de que sea necesario que la conducción se haga por gravedad, nopor bombeo, se proyecta un sistema de compuertas de cualquier tipo, ya seade tablero (compuerta plana) o curva (de sector) etc. Para elevar el nivel delagua manteniéndolo a una altura o cota de superficie constante.

MAX.

MIN.ESQUEMA DE BOCATOMA

LATERAL

CORTE AA’


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FIG. 9

La derivación forma con el eje del río un ángulo entre 30º y 45º y a la entradase dispone de una reja que impide la entrada de material grueso y flotante.

El nivel de la derivación se proyecta a una altura superior a la del fondo delrío, con el fin de evitar la entrada de material de arrastre proveniente del

lecho del río.

Después de la reja (enseguida) se dispone de un espacio para procurar quela gravilla y arena gruesa se sedimente en este espacio.

Al extremo del desarenerador al arranque del canal de conducción o de latubería, según sea el caso, se proyecta una compuerta que permiteinterrumpir el flujo en caso necesario.

PLANTA

A

A

COMPUERTAS

REJA

DESARENERADOR


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2) Bocatoma con muro transversal:

Se emplea para pequeñas poblaciones y quebradas en las épocas de verano(ríos de cauce perenne), el espesor de la lamina de agua (H) es muypequeño, lo cual dificulta la derivación para el acueducto.

La idea es de formar aguas arriba in pequeño lago artificial o embalse,mediante la construcción de un muro transversal de una altura suficientepara Elvira la altura de la lamina de agua suficiente para la derivación del

caudal y provisto de compuerta de desagüe.

FIG. 10PLANTA

TUBERIA DEEXCESOS

CAMARA DERECOLECCION

REJILLA

COMPUERTA

PRESA

MUROPROTECCION

TUBERIA DECONDUCCION


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FIG. 11

Una ventaja de esta bocatoma es que cuando la corriente arrastra muchomaterial ( en época de lluvias), este se deposita en el pie del murotransversal llegando a tapar completamente la rejilla y el desagüe.

3) Bocatoma lateral con bombeo:

Empleadas en los ríos con caudales grandes y sección ancha. El numero de

bombeo como mínimo son dos, de manera que una de ellas este en reserva.La rejilla tiene el objeto de evitar el paso de elementos grandes que puedanllegar a obstruir la entrada al pozo de succión o la tubería de succión.

REJILLA TRANSVERSAL

PRESA

CORTE LONGITUDINAL


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FIG. 12

REJILLA

PLANTA

BOMBA

BOMBA

POZO DE SUCCION


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FIG. 13

4) Bocatoma mediante sifón invertido

Si la topografía lo permite se hace este tipo de toma, proyectando unabomba de vacío en la parte superior para cebar el sifón cuando sea

necesario.

CORTE TRANSVERSAL

VALVULA DE PIE Y COLADERA

BOMBA

TUBERIA DE SUCCION

REJILLA

COMPUERTA


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FIG. 14

Como H es variante, el caudal desviado también seria variable, por lo cualse proyecta una válvula que permita la regulación del caudal. La

determinación del diámetro conveniente debe partir de la cabeza Hcorrespondiente al nivel mínimo. Esa cabeza H se debe consumir en lasperdidas por entrada, cabeza de velocidad, fricción en la tubería y perdidasmenores (por accesorios).

En la tubería del sifón se presentan presiones inferiores a la atmosférica y laaltura M máx., debe estar fijada por las siguientes condiciones:

1) Por la altura sobre el nivel del mar, a razón de 1,20 m por cada 1000 m.de elevación sobre el nivel del mar.

2) Por posibles variaciones barométricas que puedan estimarse en 0,36

m. (valor de k2).3) Por la temperatura del agua, se puede tomar el siguiente cuadro:TABLA 3

0ºC 6.2 cm5ºC 8.9 cm10ºC 12.9 cm15ºC 17.4 cm20ºC 23.8 cm25ºC 32.2 cm30ºC 43.1 cm35ºC 57.2 cm


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Lo anterior toma un valor k3

4) Perdidas de energía por la entrada, cabeza de velocidad, accesorios yfricción en la tubería, (valor k4).

Luego el valor M máximo será:

M máx.=10.33 m-(k1+k2+k3+k4)

La bomba de vacío debe ser capaz de producir el vacíocorrespondiente para cebar el sifón.

5) Bocatoma con flotador con manguera flexible.

Se emplea en captación de caudales pequeños, ya que la mangueraflexible reforzada solo se encuentra hasta 8” de diámetro.


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FIG. 15

6) Bocatoma de bombeo flotante.Se emplea cuando la fluctuación de niveles es muy grande, debeemplearse manguera flexible.


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FIG. 16

7) Bocatoma deslizante.

La estación de bombeo es limitada sobre dos rieles y se sube o bajaoperando un malacate colocado en la parte superior, debe emplearsemanguera flexible.


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FIG. 17


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FIG. 18

8) Bocatoma de fondo.

El agua es captada a través de una rejilla colocada en la parte superiorde un represa (muro). Con dirección en sentido del flujo.El ancho de la presa puede ser igual o menor que el ancho del río.

MUROS LATERALES: Son los que encauzan el agua hacia la rejilla su

ancho puede ser de 50 a 60 cm.

REJILLA: Se coloca sobre el canal de aduccion que se encuentradentro de la presa.

Dimensiones:

-Ancho mínimo: 40 cm.-Largo mínimo: 70 cm.


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Los barrotes van con separación de 6 a 12 cm, y de Ø de ½ a 1”.

CANAL DE ADUCCION: Recibe el agua que pasa por la rejilla y laentrega a la cámara de recolección.Pendiente entre 1% y 3.5%.Sección rectangular o semicircular.

CAMARA DE RECOLECCION: Es rectangular, en concreto y con muros

de espesor entre 25 y 30 cm.En su interior esta el vertedero de excesos lateral. Que entrega elcaudal de excesos al río.

FIG. 19


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FIG. 20


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FIG. 21

DISEÑO DE LA PRESA

Se diseña con el Q máx. diario (caudal máximo diario), este debe sermenor que el caudal mínimo del río, en donde queda la captación.

Se debe recurrir a medición del caudal por medio de aforos y estudiogeneral hidrológico de la cuenca hidrográfica.

Se diseña con:3/2

Q= 1.84 LH (Formula de Francis)

La lamina de agua H, se calcula con:


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3/2

H= (Q/1.84 l)

Si el vertedor es de 2 contracciones laterales se debe corregir con:

L’=L-0.1Nh

n= Numero de contracciones; n= 0 (sin contracción.N= 1 (con 1 contracción)n= 2 (con 2 contracciones)

Para calcular la velocidad del agua sobre la rejilla, empleamos:

Vr= Q/(L’H)

Rango: debe entrar entre 0.3 m/seg y 3 m/seg.

DISEÑO DE LA CAMARA DE RECOLECCION

Empleamos las expresiones:2/3 4/7

Xs= 0.36 Vc + 0.60 hc4/7 3/4

Xi= 0.18 Vc + 0.74 hc

L= Xs+0.30

Donde Xs= es el alcance del filo superior del agua.Xi= es el alcance del filo inferior del agua

L= Longitud de la cámara.La altura H debe cubrir las perdidas por entrada y fricción, debesuponerse 0.60 m.


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FIG. 22


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FIG. 23

DISEÑO DEL CAUDAL DE EXCESOS:

La captación máxima de la rejilla se aproxima al caudal a través de un

orificio.

En la hidráulica se tiene una expresión así:

Q(captación)= Cd* A(neta)*√(2gh)

Cd= Coeficiente de descarga= 0.3A(neta)= Área neta de la rejilla.Q(capt)=Caudal a través de la rejilla.H=altura de la alamina de agua sobre la rejilla. (m).


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El caudal de excesos se calcula así:

Q(excesos)= Q(captado)-Q(diseño)Q(excesos)=, es aquel que capta la rejilla.

La tubería de excesos debe tener un diámetro mínimo de 6” y consuficiente pendiente.

DISEÑO DE LA REJILLA

FIG. 24

Si los barrotes en la dirección de flujo, el área neta de la rejilla, seobtiene por:

A(neta)= a-BN

a= separación entre barrotes (m)N= Numero de espacios entre barrotes.

B= Ancho del caudal de aduccion.


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También:

b= Diámetro de cada barrote.

Relacionando las formulas se tiene:

(A neta)= [a/(a+b)]* A(total)

(ANETA)= [a/(a+b)]*B*Lr

Lr= longitud de la rejillaB= ancho de la rejilla

El caudal a través de la rejilla es:

Q=KA(neta)Vb

K= 0.9 para el flujo paralelo a la sección.Vb= velocidad entre barrotes (máx.=0.2 m/seg.).

DISEÑO DE CANAL DE ADUCCION:

Se emplean las expresiones:2/3 4/7

Xs= 0.36 Vr +0.60 H4/7 3/4

Xi= 0.18 Vr + 0.74 H

B= Xs+0.10

B= ancho del caudal de aduccion.

NIVELES EN EL CANAL DE ADUCCION:

Se emplean las expresiones:

1/2

ho= [2hc²+(hc-iLr/3)²] – 2/3 iLr


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ho= nivel del agua (aguas arriba)ha= nivel del agua (aguas abajo)hc= profundidad criticai= pendiente del fondo del canal.G=gravedad.

Si hay descarga libre en la entrada de la cámara de recolección,entonces:

he=hc1/3

hc= (Q²/(Gb²))

FIG. 25

3.3 Ejemplo de diseño de captación lateral:


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AREA DE CUENCA

A1= 24050 A5= 36500 A9= 44625A2= 14500 A6= 30975 A10= 21525A3= 20850 A7= 44000 A11= 31725A4= 12350 A8= 22230

AREA TOTAL DE LA CUENCA= 303320 m²

DATOS:

POBLACION DE DISEÑO= 25000 hab.DOTACION MINIMA= 150 lts/hab./diaANCHO DEL RIO= 5 m

PENDIENTA DEL RIO= suaveFONDO DEL RIO= 3701.47 msnmNIVEL DE AGUAS MINIMO= 3702.4 msnmNIVEL DE AGUAS MAXIMO= 3710 msnmCAUDAL MINIMO= 2.81 m³/seg.CAUDAL MAXIMO= 45 m³/seg.

SE HA ESCOJIDO UNA BOCATOMA LATERAL POR LAS SIGUIENTESRAZONES:

• EL ANCHO DEL RIO.• EL COSTO DE SU CONSTRUCCION.• MENOR POSIBILIDAD DE OBSTRUCCION EN LA REJILLA.• EL CAUDAL DE DISEÑO (EN LA LINEA DE ADUCCION) ES EL DOBLE

DEL CAUDAL MAXIMO DIARIO. SE CAPTARA UN CAUDAL IGUAL A 3VECES EL CAUDAL MAXIMO DIARIO CON EL NIVEL MINIMO.

Cmd= Pxd/86400 ⇒⇒⇒⇒ Cmd=25000X150/86400


100/309

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Cmd= 43.4 Lts/seg.

CMD=K1xCmd ⇒⇒⇒⇒ K1= factor según insfopal= 1.4CMD= 1.4X43.4=

CMD= 60.76 Lts./Seg.

CMH= K1XK2XCMD ⇒⇒⇒⇒ K2=factor según insfopal= 1.7

CMH= 1.4X1.7X60.76=

CMH= 103.3 Lts./Seg.

ASI PODEMOS OBTEMER UN CAUDAL DE DISEÑO

CAUDAL DE DISEÑO 3XCMD

Q DISEÑO= 3X60.76

QDISEÑO= 182.28 Lts./Seg. ⇒⇒⇒⇒ 0.183 m³/seg.

DISEÑO DE LA REJILLA

• REJILLA REDONDA DE DIAMETRO ¾” SEPARADA LIBREMENTEENTRE SI ¾”, DONDE B= 1.79 PARA VARILLAS CIRCULARES.

• EL ANGULO DE INCLINACION CON RESPECTO A LA HORIZONTALSERA DE 70º A FIN DE OBTENER UNA LIMPIEZA MECANICA.

• EL VERTEDERO LATERAL SE DISEÑA COMO VERTEDEREOFRONTAL DE CRESTA DELGADA.


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PERDIDAS EN LA REJILLA

USANDO LA EXPRESION DE KINHMMER

4/3

h= Bx (w/b) x hv*sen θ; w= 3/4”= espesor de la varillab=3/4” profundidad de la varilla

hv=v²/2g= (0.6)²/(2x9.81)= 0.01835 m.

1”⇒⇒⇒⇒ 2.54 cm¾”⇒⇒⇒⇒ X X=1.905 cm ⇒⇒⇒⇒ X=0.01905 m.

4/3h= 1.79x(0.01905/0.01905) x 0.01835 x sen 70º

h= 0.03087 m ⇒⇒⇒⇒ 4 cm

CON FACTOR DE SEGURIDAD DE 3 SE OBTIENE UNA PERDIDA DE: (PARAPREVEER LA OBSTRUCCION EN LA REJILLA Y ACUMULACION FLOTANTE,LAS PERDIDAS SE MULTIPLICAN POR DOS O POR TRES)

h= 3x4 cm= 12 cm.

TENIENDO UNA CARGA DE H= 46 cm., O SEA: 3702.4-3701.94 = 0.46 cm.

EL NIVEL DE AGUAS DENTRO DE LA CAJA DE DERIVACION ES H-h46-12=34 cm. POR ENCIMA DE LA CRESTA DEL VERTEDERO.

EL VERTEDERO SE TRABAJA SUMERGIDO POR ESO SE UTILIZA LAFORMULA DE VILLEMONTE:

n 0.385


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100

Q=(q1X(1-S ) )

COMO SE REQUIERE QUE LA BOCATOMA CAPTE 0.183 m³/seg., SECALCULA Q1

Q= 0.183 m³/seg.

S=H-PERDIDAS/H= ⇒⇒⇒⇒ S= (0.46 m-0.12 m)/0.46 m

S= 0.74, SUMERGENCIA.

n 0.385 1.5 0.385

Q1= Q/((1-S ) )= ⇒⇒⇒⇒ Q1= Q/((1-0.74 ) )

Q1= 0.270 m³/seg.

PARA VERTEDEROS DE PARED DELGADA A FLUJO LIBRE SINCONTRACCION SE APLICA LA EXPRESION DE FRANCIS

3/2

Q= 1.84 Lc. H

3/2

Lc= Q1/(1.84x H )

1.5

Lc= 0.270/(1.84x(0.46) = 0.47 m

PARAMETROS GENERALES

LIMPIEZA MECANICA= θ= 45º CON LA VERTICALSE HA TOMADO θ= 70º

VELOCIDAD A TRAVEZ DE LAS REJAS LIMPIAS


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101

MINIMA= 0.75 mts/seg.MAXIMA= 1.0 mts/seg.

TAMAÑO DE LAS VAILLAS LIMPIEZA MECANICA

ANCHO (mts.) 0.5-1.5PROFUNDIDAD (mts.) 2.5-7.5

ESPACIAMIENTOENTRE REJAS (mts.) 1.5-75VELOCIDAD DE APROXIMACION 0.6-1.0PERDIDA CARGA h1VALOR MAXIMO EN (cm.) 15

NUMERO DE ESPACIOS = Lc/ Ø VARILLA = 0.47/0.01905= 25

NUMERO DE ESPACIOS= 25

# DE VARILLAS= # DE ESPACIOS -1= 25-1= 24 VARILLAS

VERIFICAMOS LA LONGITUD DE LA VARILLA MEDIANTE LA EXPRESIONDE VERTEDERO LATERAL

SE APLICA LA EXPRESION DE ENGELS (recomendable para flujo critico)

0.9 1.6

Q= 1.86xLe x H

1.6 1.1 1.6 1.1

Le= (Q/1.86XH ) ⇒⇒⇒⇒ Le= (0.270/1.86x(0.46 )

Le= 0.46 m. Longitud efectiva en metros.

LA DIFERENCIA ENTRE LAS Le ES MINIMA POR ESO ADOPTAMOS ELPRIMER CALCULO DE Le= 0.46 mts.


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102

COTAS:

COTA DEL NIVEL MINIMO DEL RIO = 3702.4 mts.

COTA CRESTA DEL VERTEDERO DE LA BOCATOMA = COTA DEL NIVELMINIMO DEL RIO- CARGA H SOBRE EL VERTEDERO

= 3702.4-0.46= 3701.94 mts.

DISEÑO DE LA CAMARA DE DERIVACION

TENDRA UNAS DIMENSIONES DE 2 x 1.5 mts PARA PERMITIR LAMANIOBRABILIDAD DE LAS VALVULAS Y QUE EL MANTENIMIENTO SEA

COMODO.

COTA NIVEL MINIMO DE AGUAS EN LA CAMARA DE DERIVACION= NIVELMINIMO DEL RIO- PERDIDA EN LA REJA

= 3702.4-0.12=3702.28 mts.

DISEÑO DE LA LINEA DE ADUCCION

PARA ESTE TIPO DE BOCATOMA LA LINEA DE ADUCCION SE DISEÑACOMO UN ORIFICIO SUMERGIDO

Qdiseño= 2 x CMD= 2 x 60.76= 121.52 lts./seg. (ver especificaciones, o seadatos del problema)

APLICANDO LA FORMULA DE ORIFICIO SUMERGIDO SE TIENE:Q= C x A x √(2gh)


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C= COEFICIENTE DE DESCARGA= 0.61A= PARA Ø= 14” EL AREA SERA π/4 x (14 x 0.0254)²= ⇒⇒⇒⇒ A= 0.099 m²

Q= Q diseño = 0.122 m³/seg.

H= 1/2g x (Q/C x A)² ⇒⇒⇒⇒ H= 1/19.62 x (0.122/0.61 x 0.099)²

H= 0.21 mts:

SE DECIDE ADOPTAR EL Ø DE 14” POR QUE ES LA SOLUCION MASECONOMICA PARA LA TUBERIA DE ADUCCION, YA QUE CON Ø= 12” DAUN H= 0.38 cm.

Modulo Acueducto y Alcantarillados

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