Poblcion de Diseño y Dotacion

INGENIERIA SANITARIA

PERIODO DE DISEÑO

Ing. Benjamín López Cahuaza [email protected]

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIRIA CIVIL

3.3.1 Período Tentativo 3.3.2 Período Optimo

PERIODO DE DISEÑO

1. DEFINICION

2. FACTORES DETERMINANTES

3. SELECCION DEL PERIODO

3.1 Reglamentos 3.2 Referencias 3.3 Criterios Económicos



1. DEFINICION

• En una obra de ingeniería civil, es el número de años durante los cuales una obra determinada prestará el servicio para la cual fue diseñada.

• El período de diseño puede definirse como el tiempo para el cual el sistema será 100% eficiente, ya sea por la capacidad en la conducción del caudal deseado o por la existencia física de las instalaciones.

• Es el tiempo dentro del cual se priorizan las inversiones y se minimizan las capacidades ociosas instaladas (no genera tasa de retorno) de los elementos del sistema.



2. FACTORES DETERMINANTES

a) Vida útil de las estructuras y equipos electromecánicos, considerándose la obsolescencia, el desgaste y daños.

BOMBA HIDRAULICA

CONCRETO ARMADO



b) Factibilidad de la construcción, posibilidad de ampliaciones futuras y/o sustitución y la planeación de las etapas de construcción de la obra.

RESERVORIO ELEVADO PTAR HUASCAR



c) Cambios en el desarrollo social, económico y la tendencia de crecimiento de la población.

EL AGUADOR



d) Comportamiento hidráulico de las obras cuando éstas no estén funcionando a su plena capacidad.

R.A.F.A. (Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente)

RESERVORIO APOYADO



e) Posibilidades de financiamiento y la tasa de interés. La capacidad del sistema depende del costo total capitalizado.

EMISOR SUBMARINO VENECIA (1 m3/s)

BAHIA MIRAFLORES DESCARGA DEL EMISOR COSTANERO SAN MIGUEL 3.2 m3/s



3. SELECCION DEL PERIODO DE DISEÑO

En la práctica, se requiere adoptar una decisión para el período de diseño de acuerdo a:

3.1 Reglamentos vigentes en la zona del proyecto:

• Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) • Instituto Nacional de Investigación y Normalización de la Vivienda (ININVI) • Servicio de Agua Potable y Alcantarillado de Lima (SEDAPAL) • Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA) • Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS) • Empresas prestadoras del servicio (EPS) de agua potable (SEDA …. EPS…)

3.2 Referencias sobre valores usados en proyectos

3.3 Criterios económicos en los que se prioriza la inversión y se minimizan las capacidades ociosas, seleccionando el período óptimo según la ingeniería del proyecto y el tipo de servicio:

3.3.1 Período Tentativo (t) 3.3.2 Período Optimo:

3.2.1 SIN DEFICIT (X1) 3.2.2 CON DEFICIT (X*1)



RNE

OS.100

CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA

SANITARIA

1. INFORMACIÓN BÁSICA

1.2 Período de diseño

Para proyectos de poblaciones o ciudades, así como para proyectos de

mejoramiento y/o ampliación de servicios en asentamientos existentes, el

período de diseño será fijado por el proyectista utilizando un

procedimiento que garantice los períodos óptimos para cada componente

de los sistemas.

3.1 Reglamentos vigentes en la zona del proyecto



SUNASS SUPERINTENDENCIA NACIONAL DE SERVICIOS DE SANEAMIENTO

No se indica al respecto.




3.2 Referencias sobre valores utilizados en proyectos

PERIODOS DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS HIDRAULICAS Y DE AGUAS RESIDUALES [3]

(*) La línea de división está alrededor de 3% anual. [3] “ABASTECIMIENTO DE AGUA Y REMOCION DE AGUAS RESIDUALES”, FAIR-GEYER Y OKUN.



3.2 Referencias sobre valores utilizados en proyectos …

[2] “DISEÑO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS”, R. LOPEZ C.

PERIODO DE DISEÑO TIPICOS [2]



PERIODO DE DISEÑO - RANGO DE VALORES [1]

[1] “ABASTECIMIENTOS DE AGUA”, S. AROCHA R.




3.3 PERIODO OPTIMO DE DISEÑO (X1, X1*)

Criterios económicos en los que se prioriza la inversión y se minimizan las capacidades ociosas, seleccionando el período óptimo según la ingeniería del proyecto y el tipo de servicio.



a = 1 No hay economía.

No existe período óptimo.

El dimensionamiento queda a criterio del

proyectista.

a < 1 Si hay economía.

Existe un período óptimo.

El elemento debe ser diseñado para el período óptimo.

a > 1 Hay des - economía.

Es una solución para ese período óptimo que

resulta demasiado costosa.

El elemento se diseña para el tiempo en que se

satisface la demanda ó habrá que propiciar otras

alternativas para este elemento.



FACTOR DE ECONOMIA DE ESCALA (a)



SISTEMAS DE AGUA POTABLE Factor de Economía a escala "a"

Reservorios Enterrados de concreto armado 0.708

Reservorios Apoyados de concreto armado 0.671

Reservorios Elevados de concreto armado 0.339

Lineas de conducción fierro fundido ductil 0.437

Lineas de conducción asbesto cemento 0.589

Lineas de conducción concreto 0.568

Lineas de conducción acero 0.383

Redes de distribución PVC A-7.5 0.504

Redes de distribución asbesto cemento A-7.5 0.402

Redes de distribución asbesto cemento A-10 0.446

Redes de distribución fierro fundido ductil 0.354

Perforación de pozos 0.765

Equipo de bombeo para pozo profundo - Tipo turbina eléctrica 0.778

Equipo de bombeo para pozo profundo - Tipo turbina diesel 0.870

Equipo de bombeo de pozo profundo tipo sumergible 0.855

Captación tipo barraje 0.420

Captación tipo manantiales 0.506

Captación galerías filtrantes 0.417

Planta de tratamiento de agua 0.367

Desarenador 0.368

Floculador hidráulico 0.544

Sedimentador convencional 0.288

Filtro Rápido 0.409

Clorador 0.086

Bombas centrífugas horizontales 0.461

Grupos electrógenos 0.710

LISTADO DE FACTORES DE ECONOMÍA A ESCALA PROPUESTOS (valores guia)


ESCUELA PROFESIONA L DE INGENIRIA CIVIL

SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Factor de Economía a escala "a"

Tubería alcantarillado CSN (profundidad 2 m.) 0.282

Tubería alcantarillado PVC (profundidad 2 m.) 0.270

Tubería alcantarillado Asbesto cemento (profundidad 2 m.) 0.426

Tubería alcantarillado concreto reforzado 0.570

Lagunas de estabilización 0.936

Bomba sumergida - desagües 0.462

Bomba no sumergida - desagües 0.563



LISTADO DE FACTORES DE ECONOMÍA A ESCALA PROPUESTOS (valores guia)

La determinación de la capacidad del sistema de abastecimiento de agua de una localidad debe ser dependiente de su costo total capitalizado.

Las variables que están relacionadas con el costo son diversas (tamaño de la población, materiales, horas de funcionamiento, calidad del servicio,…) por lo que no resulta recomendable usar períodos de diseño generalizados.

Los sistemas de abastecimiento se diseñan y construyen para la población futura, la cual es mayor que la población actual.

Siendo el período de diseño uno de los factores condicionante del tamaño del sistema de abastecimiento, cabe preguntarse, ¿qué dimensiones debe tener?



Economía de Escala …

Cuando la empresa crece, es decir, aumenta su escala de producción, se producen ciertos ahorros que permiten disminuir el costo por unidad de producción. El crecimiento de la planta o del volumen de producción que origina ahorros o costos bajos se denomina economía de escala. Las economías de escala pueden ser internas cuando los ahorros se deben al funcionamiento interno de la empresa y externas cuando los ahorros son ocasionados por factores externos al funcionamiento de la empresa.



Donal T. Lauria (*) desarrolla un modelo matemático para analizar esta variable y considera que la demanda se incrementa linealmente con el tiempo: Caudal=D0+DTiempo

MODELO DE DEFICIT PARA CONSTRUCCION INICIAL Y AMPLIACIONES FUTURAS

En la figura se evidencia que el proyecto inicial debe satisfacer la demanda D0 y tener un exceso de capacidad para cubrir la demanda que se incrementa en un período X1, a una razón constante igual a X1D.

(*) Planning Small water supplies in Developing countries, Offce of Health Agency for InternationalDevelopment. Chapel Hill, N. C., 1972



La expresión que determina el costo está dado por:

El valor óptimo de X se obtiene derivando e igualando a cero pero es de difícil determinación, por lo que Lauria concluye que la expresión que determina el costo para un diseño con déficit:



SOLUCION

X1 = Período óptimo de diseño SIN DEFICIT INICIAL [años]

r = 0.12

OBRA α COSTO % COSTO X1 años PONDERADO

años

CAPTACION 0.2

103,000 8.84% 17 1.49

LINEA DE IMPULSION 0.4

43,250 3.71% 12 0.45

PLANTA DE TRATAMIENTO 0.7

352650 30.25% 6 1.70

RESERVORIO 0.6

234,330 20.10% 8 1.56

RED DE DISTRIBUCION 0.3

432,450 37.10% 15 5.39

1,165,680 100.00% 10.6

Finalmente se puede adoptar: \X 10 _ años



EJEMPLO

PERIODO DE DISEÑO CON DEFICIT

Una población de 11,500 habitantes con un consumo percapita estimado en 200 litros por persona por día que tiene un crecimiento poblacional que se refleja en una demanda creciente anualmente a la razón de 46,000 litros/día/año.

Si r= 6 % anual y α= 0.7:

- ¿Cuál sería el período óptimo de diseño con déficit?

- ¿Cuál es la capacidad óptima del sistema en el momento inicial?



SOLUCION

La demanda actual es de:

Si se considera que no existe sistema de abastecimiento de agua, el período transcurrido para la demanda igual a cero es:

El período óptimo de diseño económico con déficit inicial:

De los datos:



Luego la capacidad óptima del sistema del sistema en el momento inicial:



ESTUDIO DE LA POBLACION





ESTUDIO DE LA POBLACION

1. GENERALIDADES

2. METODOS DE CALCULO DE POBLACION DE DISEÑO

2.1 Método comparativo

2.2 Método grafico

2.3 Método analítico



1. GENERALIDADES

Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer solo una necesidad del momento actual sino que deben prever el crecimiento de la población en un periodo de tiempo prudencial que varia entre 10 y 40 anos; siendo necesario estimar cual será la población futura al final de este periodo. Con la población futura se determina la demanda de agua para el final del periodo de diseño.



POBLACION DE DISEÑO

PREVISION DE LA POBLACION

El crecimiento de las ciudades está sujeto a planes de desarrollo.

Para su crecimiento se consideran las zonas de reserva previstas para el desarrollo de la ciudad a corto, mediano y largo plazos.

En el caso de aprovisionamiento básico de saneamiento, es necesario conocer la dosificación de los usos del suelo, según los programas al respecto, para poder predecir la población a servir y diseñar la infraestructura de estos servicios con proyección futura.



• Debido a que la población es siempre un factor relevante en la estimación futura del agua, en la ocupación del suelo disponible, en la ampliación del fundo legal, en la generación de bienes y servicios, etc., es necesario predecir de alguna manera, cual será el incremento de la misma en tiempos determinados.

ESTIMACION DE LA POBLACION

• En el diseño y operación de sistemas relacionados con el agua (suministro, tratamiento y evacuación), se requieren estimaciones de la población a corto plazo (1 – 10 años) y a largo plazo (10 – 50 años).

• Las predicciones de la población son complejas y ciertamente las estimaciones pueden ser erróneas en cierto grado, dependen de componentes o factores particulares que pueden alterar el desarrollo demográfico de la comunidad.



FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO DE LA POBLACION Y SU TASA DE CRECIMIENTO

1. Tasas de emigración – inmigración 2. Anexión 3. Urbanización 4. Políticas de descentralización de actividades económicas 5. Tasas de nacimiento – defunciones 6. Descubrimiento de nuevos recursos naturales 7. Desarrollo de nuevas industrias 8. Actividad comercial 9. Uso del suelo 10. Incremento en la esperanza de vida.



RECOMENDACION

La cuantificación de la evolución demográfica puede ser definida anticipadamente con cierta precisión; y en donde hay que proceder con cautela y aplicar la experiencia para decidir algún método de predicción a usar.



POBLACION DEL PROYECTO ó DISEÑO

Es la cantidad de habitantes que se espera tener en una localidad al final del periodo de diseño del sistema de agua potable o alcantarillado.

Una vez fijada la vida útil de la obra, realizadas las investigaciones preliminares y la combinación de otros factores, se encuentra el determinar el desarrollo futuro que probablemente tendrá la población en estudio, considerando el incremento de habitantes, así como el tipo, número y magnitud de actividades.

La fuente de información más importante para obtener datos, son los censos levantados por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), que se encarga de su programación y desarrollo.



1.- Reglamentos vigentes en la zona del proyecto

La población futura para el período de diseño considerado deberá calcularse: a) Tratándose de asentamientos humanos existentes, el crecimiento deberá

estar acorde con el plan regulador y los programas de desarrollo regional si los hubiere; en caso de no existir éstos, se deberá tener en cuenta las características de la ciudad, los factores históricos, socio-económico, su tendencia de desarrollo y otros que se pudieren obtener.

a) Tratándose de nuevas habilitaciones para viviendas deberá considerarse

por lo menos una densidad de 6 hab/vivienda.

.

REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES OS.100 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA SANITARIAI INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACION Y NORMALIZACION DE LA VIVIENDA (ININVI) S.120 DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA SANITARIA PARA POBLACIONES URBANAS



RNE

OS.100

CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA

SANITARIA

1. INFORMACIÓN BÁSICA

1.2 Período de diseño

Para proyectos de poblaciones o ciudades, así como para proyectos de

mejoramiento y/o ampliación de servicios en asentamientos existentes, el

período de diseño será fijado por el proyectista utilizando un

procedimiento que garantice los períodos óptimos para cada componente

de los sistemas.




CRECIMIENTO VEGETATIVO DE LA POBLACION: CURVA S Cuando no se considera el factor industrial y comercial, el crecimiento de la población será del tipo vegetativo, con espacio y oportunidades económicas limitadas, adoptando el crecimiento la forma de una S.



METODOS PARA ESTIMAR LA POBLACION FUTURA La estimación de la población se obtiene aplicando los métodos existentes para el cálculo de la población en un tiempo deseado (intercensal o postcensal), sobre la base de la interpolación y la extrapolación de los datos censales.

1. METODO RACIONAL Procedimientos basados en el estudio socio-económico de la población del lugar considerando el crecimiento vegetativo que depende de los nacimientos, defunciones, inmigraciones, emigraciones y la población flotante.

2. METODO GRAFICO Procedimientos gráficos que estiman valores de la población, sea utilizando datos censales de la región o trasponiendo datos de poblaciones con crecimiento similar.

2.1 GRAFICO DE TENDENCIAS 2.2 COMPARATIVO

3. METODO ANALÍTICO

El cálculo de la población para una región dada es ajustable a una curva matemática. El ajuste depende de las características de la población censada y de los intervalos de tiempo en que éstos se han medido.

3.1 ARITMETICO o CRECIMIENTO LINEAL 3.6 PARABOLA DE SEGUNDO GRADO 3.2 INTERES SIMPLE 3.7 INCREMENTOS VARIABLES 3.3 GEOMÉTRICO o INTERES COMPUESTO 3.8 MINIMOS CUADRADOS 3.4 LOGARITMICO o EXPONENCIAL 3.9 NORMAL LOGISTICA



METODOS PARA ESTIMAR LA POBLACION FUTURA … INEI: INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA E INFORMATICA inei.gob.pe

1. METODO RACIONAL

Procedimientos basados en el estudio socio-económico de la población del lugar considerando el crecimiento vegetativo que depende de los nacimientos, defunciones, inmigraciones, emigraciones y la población flotante.

METODOS PARA ESTIMAR LA POBLACION FUTURA …



2. METODO GRAFICO

Son aquellos que mediante procedimientos gráficos estiman valores de la población, sea utilizando datos censales de la región o trasponiendo datos de poblaciones con crecimiento similar.

2.1 GRAFICO DE TENDENCIAS 2.2 COMPARATIVO ó COMPARACION GRAFICA



2. METODO GRAFICO …

2.1 GRAFICO DE TENDENCIAS

Con los datos censales se forma una gráfica en donde se sitúan los valores

de los censos en un sistema de ejes rectangulares en el que las abscisas(x),

representan los años de los censos y las ordenadas ( y) el número de

habitantes. A continuación se traza una curva media entre los puntos así

determinados, prolongándose a ojo esta curva, hasta el año cuyo número de

habitantes se desea conocer.



2. METODO GRAFICO …

2.2 COMPARATIVO ó COMPARACION GRAFICA

Se compara gráficamente la población en estudio con otras tres poblaciones de características determinadas. Se considera que la población en estudio tendrá un crecimiento similar al promedio de las otras tres contado a partir de sobrepasar la población base (último censo de la población estudiada).

A: Ciudad estudiada B: Ciudad de la misma región,

similar en desarrollo, clima y tamaño

C: Ciudad de la misma región, similar en desarrollo y clima pero de un número relativamente mayor de habitantes que la población A

D: Ciudad de otra región pero de mayor población A

A

B

C

D



El cálculo de la población para una región dada es ajustable a una curva matemática. El ajuste depende de las características de la población censada y de los intervalos de tiempo en que éstos se han medido

3. METODO ANALÍTICO

3.1 ARITMETICO o CRECIMIENTO LINEAL 3.2 INTERES SIMPLE 3.3 GEOMÉTRICO o INTERES COMPUESTO 3.4 LOGARITMICO o EXPONENCIAL 3.5 PROGRESION GEOMETRICA 3.6 PARABOLA DE SEGUNDO GRADO 3.7 INCREMENTOS VARIABLES 3.8 MINIMOS CUADRADOS 3.9 NORMAL LOGISTICA



3.1 METODO ARITMETICO o CRECIMIENTO LINEAL

Se recomienda aplicar en poblaciones en franco crecimiento. En la ecuación:

Integrando:

P = Población para el tiempo t

P0 = Población inicial

r = razón de crecimiento

t = tiempo futuro

t0 = tiempo inicial



3.1 METODO ARITMETICO o CRECIMIENTO LINEAL …

3.1.a. POBLACION INTERCENSAL

Ejemplo: Determine la población de la ciudad de Rioja para el año 2000.

AÑO POBLACION (hab)

r (hab/año)

1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2000

2007 18,757

Calculo de r:

1972 y 1981 𝑟 = 11,688 − 6,689

1,981 − 1,972=

1981 y 1993 𝑟 = 15,708 − 11,688

1,993 − 1,981=

1993 y 2007 𝑟 =

18,757 − 15,708

2,007 − 1,993=

ṝ =

𝑃 = 15,708 + 𝑟(2000 − 1993) =



3.1.b POBLACION POSTCENSAL

Ejemplo: Proyectar la población de la ciudad de Rioja para el 2027.


r (hab/año)

1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2007 18,757

2027

Calculo de r:

1972 y 1981 𝑟 = 11,688 − 6,689

1,981 − 1,972=

1981 y 1993 𝑟 = 15,708 − 11,688

1,993 − 1,981=

1993 y 2007 𝑟 =

18,757 − 15,708

2,007 − 1,993=

ṝ =

𝑃 = 18,757 + 𝑟(2027 − 2007 =



3.2 METODO DEL INTERES SIMPLE

donde:




t = tiempo futuro

t0 = tiempo inicial Ejemplo: Proyectar la población de la ciudad de Rioja para el año 2027

AÑO POBLACION

(hab) Pi+1 - Pi Pi(ti+1-ti)

r (hab/año)

1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2007 18.757

2027



3.3 METODO GEOMETRICO o INTERES COMPUESTO

Se considera que la población crece (o decrece) a una misma tasa promedio por unidad de tiempo, usualmente un año.




t = tiempo futuro

t0 = tiempo inicial

donde:

Ejemplo: Proyectar la población de la ciudad de Rioja para el año 2027.

AÑO POBLACION

(hab) ti+1 - ti Log(1+r) r

1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2007 18.757

2027



3.4 METODO LOGARITMICO o EXPONENCIAL

Se considera que la razón de crecimiento se aplica a la población en cada infinitésimo de tiempo. A diferencia del crecimiento geométrico, que implica una acumulación de la población en forma anual, en el cambio exponencial es instantánea.

La ecuación establece una proporción con el tamaño de la población:

Al integrar se obtiene:

donde:




t = tiempo futuro

t0 = tiempo inicial



1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2007 18,757

2027



3.5 METODO DE LA PROGRESION GEOMETRICA

Recomendable aplicar en poblaciones con crecimiento temprano o tardío:

donde:




t = tiempo futuro

t0 = tiempo inicial



1972 6,689

1981 11,688

1993 15,708

2007 18,757

2027



3.6.1 METODO DE LA PARABOLA DE 2º GRADO

Recomendable aplicar en poblaciones con crecimiento temprano o tardío. Se requieren 3 datos censales equidistantes.

P = Población para el tiempo t A, B, C = constantes Dt = incremento de tiempo


AÑO

POBLACION (hab)

Δt

1972 6,689

1981 11,688 0

1993 15,708 12

2007 18,757 26

2027 46

11,688 = A(0)2 +B(0) + C 15,708 = A(12)2 + B(12) + C 18,757 = A(26)2 + B(26) + C

Resolviendo

A = - 4.51 B = 389.12 C = 11,688

P = -4.51(46)2 + 389.12(46) + 11,688

P = 20,044 habitante



3.6.2 METODO DE LA PARABOLA DE 2º GRADO – Caso 2

Recomendable aplicar en poblaciones con crecimiento temprano o tardío. Se requieren 3 datos censales equidistantes.

Y = Población para el tiempo x

A0, A1, A2 = constantes

X = tiempo

AÑO POBLACION (Y) X X2 X3 X4 YX YX2

1981 11,688 -1 1 -1 1 -11,688 11,688

1993 15,708 0 0 0 0 0 0

2007 18,757 1 1 1 1 18,757 18,757

46,153 0 2 0 2 7,069 30,445


46,153 – 3A0 - A1(0) – A2(2) = 0 7,069 – A0(0) – A1(2) – A2(0) = 0 30,445 – A0(2) – A1(0) – A2(2) = 0

Resolviendo

A0 = A1 = A2 =



3.7 METODO DE LOS INCREMENTOS VARIABLES



• DOTACION • VARIACION DE CONSUMO • DEMANDA CONTRA

INCENDIO





DOTACION

• Es el volumen de agua utilizada por una persona en un día.

• Establece el parámetro del CAUDAL DE DISEÑO.

• Condiciona la dimensión de las estructuras hidráulicas:

conducción y almacenamiento.

• Se estima sobre mediciones en la población en estudio o de

poblaciones similares que cuenten con un registro estadístico



El uso es función de la población: RURAL y URBANA.

• DOMESTICO

• INDUSTRIAL

• COMERCIAL

• ESTATAL

• SOCIAL

TIPOS DE CONSUMO:

DOTACION



FACTORES DETERMINANTES DEL CONSUMO Y LA DOTACION

1. TEMPERATURA - CLIMA

2. CALIDAD DE AGUA.

3. CARACTERISTICAS SOCIO – ECONOMICAS.

- Nivel educativo - Nivel de ingreso

- Tamaño de la comunidad

4. SERVICIOS DE ALCANTARILLADO.

- Sin alcantarillado : 40 lt / hab / día.

- Con alcantarillado: 200 lt / hab / día.

5. PRESION EN LA DISTRIBUCION DE AGUA.

+ presión + agua perdida.



DOTACION SEGÚN EL R.N.E.

• La dotación promedio diaria anual por habitante, se fijará en base a un estudio de consumos técnicamente justificado, sustentado en informaciones estadísticas comprobadas.

OS.100 CONSIDERACIONES BÁSICAS DE DISEÑO DE INFRAESTRUCTURA SANITARIA

1.4 Dotación de Agua

• Si se comprobara la no existencia de estudios de consumo y no se justificara su ejecución, se considerará por lo menos para sistemas con conexiones domiciliarias una dotación de 180 I/hab/d, en clima frío y de 220 I/hab/d en clima templado y cálido.

• Para programas de vivienda con lotes de área menor o igual a 90 m2, las dotaciones serán de 120 I/hab/d en clima frío y de 150 I/hab/d en clima templado y cálido.

• Para habilitaciones de tipo comercial se aplicará la Norma IS.010 Instalaciones Sanitarias para Edificaciones.

• Para sistemas de abastecimiento indirecto por surtidores para camión cisterna o piletas públicas, se considerará una dotación entre 30 y 50 I/habxd respectivamente.

• Para habitaciones de tipo industrial, deberá determinarse de acuerdo al uso en el proceso industrial, debidamente sustentado.



Dotación de agua a) Consumo doméstico

Para el análisis de la demanda del servicio de agua potable se requerirá determinar el tipo de Unidad Básica de Saneamiento que se instalará para lo cual se deberá tener en cuenta las siguientes dotaciones (en L/habxdía):



Dichas dotaciones están consideradas si es que el UBS esta adicionado con consumo provenientes de ducha, lavatorio y lavadero. En casos se omitiera cualquiera de estos elementos anexos al UBS, el formulador deberá justificar la dotación a utilizar.

En el caso de adoptar piletas públicas la dotación recomendada será de 40 lt/hab/día.

Otras dotaciones a utilizar serán justificadas por el formulador con estudios realizados en situaciones y condiciones similares en zona rural.



b) Consumo estatal:

Para el consumo estatal de agua se considerará lo siguiente:

En el caso de locales, organizaciones o instituciones que tengan concurrencia de población o presten atención al público, incluida la Posta de Salud, la dotación a usar será la dotación estipulada según la norma que corresponda.

c) Consumo social:



VARIACIONES DEL CONSUMO

Qm = Caudal promedio de un año de registros.

MAXIMO ANUAL DE LA DEMANDA DIARIA ( K1 ) – R.N.E.

- Es el día con mayor demanda. - K1 debe variar de 1.2 a 1.5 pero se recomienda un valor de 1.3.

Consumo Máximo Diario.



Consumo Diario L/s )

VARIACIONES DIARIAS DEL CONSUMO K1



MAXIMO ANUAL DE LA DEMANDA HORARIA ( K2 ) – R.N.E.

- Es la demanda máxima en una hora durante un año. - Para poblaciones de 2 000 a 10 000 hab. K2 = 2.5 - Para poblaciones mayores de 10 000 hab. K2 = 1.8

Consumo Máximo Horario.

MAXIMO MAXIMORUM (K3) - Máximo Horario en el día de máximo consumo.

Consumo Máximo Maximorum.



Consumo Horario ( L/s )

VARIACIONES HORARIAS DEL CONSUMO K2



DEMANDA CONTRA INCENDIO – R.N.E.

Población < 10 000 hab. ----- No requiere demanda.

Población de 10 000 a 100 000 hab. Se requieren 2 hidrantes de 15 L/s cada uno y un tiempo mínimo de funcionamiento de 2 horas.

Población > 100 000 hab. Se requieren tres hidrantes, pero considera que 2 funcionan simultáneamente.




ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

CAPTACION



CAPTACION Se realiza mediante estructuras de captación que permiten derivar el

caudal de diseño de la fuente de abastecimiento de forma directa o

con obras de regulación.

El caudal de diseño es por lo general el caudal máximo diario :

QDISEÑO = Qmd=K1Qmd

BOCATOMA GALERIA FILTRANTE



CAPTACION ...

La FUENTE DE

ABASTECIMIENTO de

agua es el elemento más

importante del sistema de

abastecimiento y debe

quedar asegurada de tal

forma que se garantice el

abastecimiento de la

población futura de diseño.

La calidad de las aguas a

suministrarse deben adecuarse

a las regulaciones para uso de

consumo humano: Ley de

Recursos Hídricos del

Ministerio de Agricultura,…



CAPTACION ...

En la etapa de selección de la FUENTE DE ABASTECIMIENTO de agua se

debe tener presente los registros hidrológicos históricos, geología de la zona,

riesgo sísmico, … además de evaluar las alternativas para suplir las deficiencias

El origen de las aguas de la fuente pueden ser:

1.1 AGUAS SUPERFICIALES

1.2 AGUAS SUBTERRANEAS

1.2.1 Pozos Profundos

1.2.2 Pozos Excavados

1.2.3 Galerías Filtrantes

1.2.4 Manantiales, Puquíos o Jagueyes



1.1 AGUAS SUPERFICIALES

- Estas obras, en lo posible, deben

evitar modificar el flujo normal del

río, se deben de controlar los efectos

de la erosión y sedimentación.

- Toda toma debe contar con una rejilla y un sistema de

control y regulación. En los ríos de poco tirante debe

proveerse de estructuras de represamiento.

- La toma de lagos y embalses debe ubicarse lo más alejado

de posible de descargas de líquidos cloacales o de otros

deshechos.

CAPTACION ...



CAPTACION ...

1.2 AGUAS SUBTERRANEAS …

1.2.1 Pozos Profundos • Su ubicación se fundamenta en los

estudios e investigación de las aguas

subterráneas. • La construcción debe evitar el

arenamiento futuro del pozo. Todo

pozo deberá ser aforado después de un

bombeo continúo mínimo de 72 horas.

• El rendimiento definitivo se obtiene

de la evaluación de los pozos de

prueba.



CAPTACION ...


1.2.2 Pozos Excavados

• El diámetro mínimo de excavación es 1.50 m.

• En caso de requerirse revestimiento se harán

perforaciones en la zona situada en estrato

permeable. Se recomienda que sean de 25 a

50 mm de diámetro espaciadas a 20 cm de

centro a centro.

• Cuando se instale un bomba dentro del

pozo será necesario proteger el agua de la

contaminación mediante una plataforma de

operación con una altura superior al nivel

máximo del agua del subsuelo.



CAPTACION ...


1.2.3 Galerías Filtrantes • Se diseñaran de acuerdo al corte geológico, obtenido

mediante perforaciones de prueba de acuerdo al

estudio del rendimiento el acuífero.

• El diámetro mínimo de las tuberías a utilizarse es de

300 mm, con perforaciones de 25 mm a 50 mm

espaciadas a 10 cm, a 20 cm. La velocidad máxima

será de 0.60 m/s.

• Se proveerá de cámaras de inspección espaciadas

convenientemente dependiendo del diámetro de la

tubería y no a mayores de 100m.



CAPTACION ...


1.2.4 Manantiales, Puquiales o Jagueyes • El manantial es una formación superficial, en la que sin la

intervención del hombre, brota (alumbra) el agua de las rocas o del

suelo a la tierra o dentro de una masa de agua, siendo relativamente

restringido el tamaño del lugar del brote.

• En el desarrollo del proyecto, se deben evaluar las

condicionas que conducen a la formación del

manantial:

a) Permanencia del afloramiento (caudal) del manantial. b) Posibilidad de incrementar la producción por

trabajos convenientes. c) Probable descubrimiento de otros alumbramientos cercanos.



1.2.4 Manantiales, Puquiales o Jagueyes … La fuente puede clasificarse de acuerdo al escurrimiento en:

- Manantial de Ladera

- Manantial de Fondo

La fuente respecto a la distribución superficial puede ser:

- concentrado

- disperso

1.2.4.1 Diseño Hidráulico y Dimensionamiento de una Captación

a) Manantial de Ladera – concentrado Partes del sistema: protección del afloramiento, cámara

húmeda que regule el caudal a usarse, cámara seca que sirva

para proteger la válvula de control.

b) Manantial de Fondo – concentrado Partes del sistema: una cámara húmeda sin fondo que rodee la

zona donde brota el agua, almacenando y regulando el caudal, y

una cámara seca para proteger la válvula de control.



MANANTIAL DE LADERA



CAMARA HUMEDA

CAMARA SECA

PROTECCION Y

ENCAUZAMIENTO DEL

MANANTIAL

CAPTACION DE MANANTIAL DE LADERA - CONCENTRADO

MANANTIAL




LINEA DE CONDUCCION




LINEA DE CONDUCCION

Se denominan obras de conducción a las estructuras que

transportan el agua desde la captación hasta la planta de

tratamiento o a un reservorio. Esta se pueden realizar por:

1. CONDUCCION POR GRAVEDAD

CANAL: La velocidad no debe ocasionar depósitos ni

erosiones.

Los canales deben ser revestidos y techados.

TUBERIA: La velocidad mínima se adoptará de acuerdo al

material en suspensión pero en ningún será menor

a 0.60 m/s.

La velocidad máxima admisible será:

Tubos de concreto 3 m/s

Tubos de asbesto-cemento, acero, PVC 5 m/s



Cuando la tubería trabaja como canal se recomiendan

los siguientes valores de n de R. Manning:

Asbesto-cemento, PVC 0.010

Fierro fundido y concreto 0.015

2. CONDUCCION POR BOMBEO

El dimensionamiento se hará de acuerdo al criterio del

diámetro económico.

Se deben instalar dispositivos de protección contra golpe de

ariete, así como válvulas de aire, válvulas de purga,…

Los equipos de bombeo deben ser dobles para garantizar el

servicio continúo.



LINEA DE CONDUCCION POR GRAVEDAD – CASO DE TUBERIA

1. CRITERIOS DE DISEÑO

1.1 CARGA DISPONIBLE

1.2 CAUDAL DE DISEÑO

1.3 CLASE DE LA TUBERIA

1.4 DIAMETROS

1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

1.5.a Válvulas de aire

1.5.b Válvulas de purga

1.5.c Cámaras rompe-presión

2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO

3. PERDIDA DE CARGA

3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA

3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO

4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA

5. COMBINACION DE TUBERIAS

5.1 DISEÑO DE UNA LINEA DE CONDUCCION



1. CRITERIOS DE DISEÑO

• En un sistema de abastecimiento de agua potable

por gravedad, la L. de C. esta constituido por un

conjunto de tuberías, válvulas, accesorios,

estructuras y obras de arte encargadas del transporte

del agua desde la captación hasta el reservorio.

• Estas tuberías normalmente siguen el perfil del

terreno y en ocasiones la topografía condiciona la

implementación de acueductos, sifones invertidos,

túneles …. siendo las consideraciones económicas

un factor para la selección de la mejor alternativa

• La L. de C. se diseña utilizando el máximo de la

energía disponible para conducir el caudal

deseado, seleccionando el menor diámetro que

permita presiones iguales o menores a la

resistencia física que el material de la tubería

puede soportar.



1.1 CARGA DISPONIBLE

Es la diferencia de elevación entre la estructura u

obra de captación y el reservorio.

1.2 CAUDAL DE DISEÑO

Se dimensiona para conducir el Caudal Máximo Diario (Qmd):

donde



1.3 SELECCION DE LA TUBERIA

Se realiza de acuerdo a diversos criterios:

a. TIPO DEL MATERIAL DE LA TUBERIA

• FUNDICION

• HORMIGON

• PLASTICO

- Termoplástico

PVC

Polietileno de alta y baja densidad

- Termoestables

Poliéster

Poliéster revestido con fibra de vidrio

• ACERO

b. CALIDAD DEL AGUA

• ACIDA pH < 7 aguas corrosivas

• NEUTRA 6 < pH < 8 agua potable

• BASICA ó ALCALINApH > 7 agua difícil de tratar



c. RESISTENCIA MECANICA DEL MATERIAL

• La resistencia de la tubería a la presión del fluido se denomina clase de la tubería.

• Las distintas clases de tuberías a seleccionar para la L. de C. son función

de la máxime presión que puede presentarse en la línea de carga,

eventualmente se pueden generar sobre presiones inducidas por el

fenómeno de golpe de ariete.

• La presión máxima no ocurre en condiciones de operación sino cuando

se presenta la carga estática al estar cerrada la válvula de control de la

tubería. Un cierre o apertura abrupta de la válvula induce ondas de sobre

presión que deben evaluarse.

• Las tuberías de PVC son cada vez más usadas en poblaciones rurales y

en mayores. Estas tuberías tienen la ventaja con respecto a otras en que

el material es más económico, flexible, durable, anticorrosivo, de poco

peso y fácil transporte e instalación, además se fabrican en diámetros

menores de 2¨ disponibles en el mercado.



• En la tabla siguiente se presentan los tipos de clase de una tubería.



1.4 DIAMETROS

En la determinación del diámetro comercial se consideran diferentes

soluciones y se evalúan diversas alternativas desde el punto de vista

económico. Considerando el máximo desnivel en toda la longitud del tramo,

el diámetro seleccionado deberá tener la capacidad de transportar el caudal

de diseño con velocidades entre 0.6 a 3.0 m/s (ver Tabla de RICHTER,

reglamentos) y las perdidas de carga por tramo calculado deberán ser

menores o iguales a la carga disponible.



1.5 ESTRUCTURAS COMPLEMENTARIAS

1.5.a Válvulas de aire

En una L. de C. se puede acumular el aire en las puntos altos

ocasionando la reducción del área de flujo, produciendo un aumento

de pérdida de carga y una disminución del caudal. La válvula de aire

se instala para evitar esta acumulación, pudiendo ser manual o

automática, siendo esta última muy costosa por lo que se suele

emplear una válvula de compuerta.

S.010 CAPTACION Y CONDUCCION DE AGUA 2.1.3 Accesorios a. Válvulas de Aire Se colocarán válvulas extractoras de aire en cada punto alto de

la línea de conducción. Cuando la topografía no sea accidentada, se colocarán cada 2.5 km como máximo y en los puntos más altos.

Si hubiere peligro de colapso de la tubería a causa del material de la misma y de las condiciones de trabajo, se colocarán válvulas de doble acción (admisión-expulsión). El dimensionamiento de las válvulas se determinará en función del caudal y presión de la tubería.



1.5.b Válvulas de purga

Los sedimentas acumulados en los puntos bajos de la L. de C. con topografía

accidentada, provocan la reducción del área de flujo del agua, siendo necesario

instalar válvulas de purga que permitan periódicamente la limpieza por tramos

de la tubería.

S.010 CAPTACION Y CONDUCCION DE AGUA 2.1.3 Accesorios b. Válvulas de Purga Se colocarán válvulas de purga en los puntos bajos, teniendo en consideración la

calidad del agua conducida y modalidad de funcionamiento de la línea. Las válvulas de purga se dimensionarán de acuerdo a la velocidad de drenaje, siendo recomendable que el diámetro de la válvula sea menor que el diámetro de la tubería.



1.5.c Cámaras rompe-presión

Si se presenta bastante desnivel entre la captación y algunos puntos a lo largo de la L.

de C. se pueden generar presiones superiores a la presión máxima que puede

soportar la tubería. Para minimizar este efecto se colocan válvulas reductoras de

presión o se construye una cámara rompe-presión.

La selección obedece a criterios económicos.

La construcción de una cámara de rompe-presión disipa la energía y reduce la

presión relativa a cero (presión atmosférica) evitando los daños en la tubería.

Cuando se disminuye la presión se requieren tuberías de una menor clase y se reduce

el costo.



2. LINEA DE GRADIENTE HIDRAULICO (LGH)

• La LGH indica la presión del agua a lo largo de la tubería

bajo condiciones de operación.

• Al trazar la LGH para un caudal que descarga libremente a la

atmósfera (como dentro de un reservorio) puede resultar en

una presión residual en el punto de descarga que puede ser

positiva o negativa.

• Es la energía necesaria para transportar una caudal de un

punto a otro y que disipa el fluido por fricción.

• Las tuberías pueden clasificarse en largas y cortas (criterio

L/D y 10% de perdidas por fricción).

• Las perdidas por fricción pueden lineales o locales.

3. PERDIDA DE CARGA



3.1 PERDIDA DE CARGA UNITARIA (S)

• Es la pérdida de energía por unidad de longitud.

• Se evalúa con la ecuación de:

Hazen & Williams:

Darcy & Wesibach:

3.2 PERDIDA DE CARGA POR TRAMO (hf)



4. PRESION Y COTA PIEZOMETRICA

• De la ecuación de la energía entre 1 y 2:

5. COMBINACION DE TUBERIAS

• Al dimensionar el diámetro de la L. de C. puede no haber un

único diámetro que proporcione la pérdida de carga deseada

por lo que se requiere una combinación de diámetros de

tuberías y clases.

• Cuando se combinan los diámetros de las tuberías se pueden

manipular las pérdidas de carga y reducir las presiones

dentro de rangos admisibles, disminuyendo el diámetro y en

algunos casos el número de cámaras rompe presión, por lo

que resulta un proyecto menos costoso.



VOLUMEN DE

ALMACENAMIENTO DE AGUA





DEFINICION - FUNCION

Regula la diferencia de volumen que se produce entre el

ingreso de agua al reservorio (teóricamente constante) y la

salida de agua, constituida principalmente por la demanda

horaria, la cual es variable durante las horas del día.

La función principal es almacenar agua cuando el suministro

es menor que el consumo y entregar el déficit cuando el

consumo supera al suministro.

V = VOLUMEN DEL RESERVORIO = VREG + VI + VR

OTRA FUNCION: suministrar presión adecuada a

la red de distribución.



CLASIFICACION

1. Por su UBICACIÓN HIDRAULICA

PARA REDUCIR COSTOS ES DESEABLE UBICARLO EN EL C.G. DE LA CIUDAD.

a. RESERVORIO DE

CABECERA ó DE

DISTRIBUCION

b. RESERVORIO DE

COMPENSACION ó

FLOTANTE



2. Por su UBICACIÓN CON RESPECTO AL TERRENO

APOYADO

SUPERFICIAL

SEMI-ENTERRADO

ENTERRADO o CISTERNA

ELEVADO



3. Por el TIPO DE MATERIAL DE FABRICACION

1. CONCRETO ARMADO

2. METALICO

3. FERROCEMENTO

4. P.V.C.

5. MADERA



DIMENSIONAMIENTO DEL RESERVORIO

1. CRITERIO HIDRAULICO

- Ubicación Hidráulica

- Ubicación con Respecto al Terreno

- Volumen de Almacenamiento

- Accesorios de control y regulación

2. CRITERIO ESTRUCTURAL

- Estudio de la Capacidad Portante

- Selección del Tipo de Material

- Determinación del Refuerzo

- Proceso Constructivo



DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO



DETERMINACION DEL

VOLUMEN DE REGULACION

En la tabla siguiente se muestra

el consumo horario de agua para

una localidad.

Determine el volumen de regulación

usando:

a. El Método de Analítico

b. El Método Grafico: Análisis del Diagrama

Masa



En la columna DIFERENCIA (Producción Acumulado – Consumo Acumulado):

VREG = MAX DIF (+) + /MAX (-)/

VREG = 1,539 + /-284/

VREG = 1,823 m3

VOLUMEN DE REGULACION (VREG)…

METODO ANALITICO: Ingreso-Salida …



GRACIAS



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