Completo Abastecimiento

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CAPITULO I PROYECTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA A UN CENTRO POBLADO Generalidades: Partes que se compone el sistema de abastecimiento.- Son los siguientes: 1.

Obras de captación o de toma de las aguas, son las que se ejecutan en las fuentes de aprovisionamiento como: ríos, manantiales, lagos, lagunas, pozos, etc. y tienen como finalidad proporcionar una determinada dotación a la población que sea suficiente y en forma continua.

2. Tuberías o canales de conducción, son aquellas construidas para llevar el agua a: a) Reservorio de almacenamiento o de regulación del suministro. b) Plantas de tratamiento o de purificación de las aguas. (PTA) Existen casos donde la fuente de aprovisionamiento se encuentra a una cota inferior de la población, es cuando esta tubería de conducción toma el nombre de impulsión. 3. Redes de distribución (mallas de distribución), son las que están destinadas a conducir el agua por los diferentes circuitos y entregar finalmente al consumidor. Información previa para el proyecto.- Los datos necesarios para realizar el enunciado, el cual nos permite resolver el problema, son tres: I.- Vida económica de la obra. II.- Población o número de habitantes. III.- Dotación o volumen de agua que se deberá suministrar. Estos tres puntos se desarrollaran en los capítulos posteriores con mayor detalle. ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO Dentro de este capitulo debemos de recopilar información necesaria para determinar y conocer todos los aspectos de nuestra zona de estudio o población de estudio a la cual vamos a proveer de un proyecto de abastecimiento y alcantarillado. Dentro los puntos que se deben de tratar se mencionan a los siguientes: 1.0.0.0

UBICACIÓN DEL PROYECTO

Al Poblado en tratamiento se deberá ubicarlo geopolíticamente, mencionando su ubicación en el distrito, provincia, departamento, región; además de su altitud, mencionando las cotas en las que se encuentran comprendidas la población, Adicional a ello se debe indicar su posición geográfica (Zona de la Carta Nacional, Nro de hoja, coordenadas latitud y longitud). El área de estudio del poblado es muy necesario conocer por lo que se debe mencionar en una primera instancia en forma aproximada el área que comprende la zona en estudio. Los limites con los que colinda, si es un sector, comunidad, distrito, etc, deberán ser mencionados con el fin de conocer la ubicación precisa de la población en estudio. 1

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

A continuación mostramos una sugerencia de puntos que se deben tocar la ejecución de un proyecto de abastecimiento de agua y remoción de aguas servidas. 1.2.0.0

DESCRIPCION DE LA ZONA DE ESTUDIO

1.2.1.0

CLIMATOLOGIA

El área de estudio tiene su clasificación climática, la cual se determina por diferentes métodos, siendo uno de ellos el propuesto por el Dr. Warren Thornthwhaite, esta clasificación climática se completara su desarrolló en el capítulo de estudios de Hidrología. Se tomara en cuenta las siguientes características climatológicas: 1.2.1.1

TEMPERATURA

Ejemplo: La zona de estudio tiene una temperatura media anual de 8.46 ºC, los que se tomaron de las estaciones Puno y Salcedo, de donde se deduce que los meses mas fríos son en Junio, Julio y Agosto. (datos que serán sustentados con la fuente informativa, pudiendo anexarse los cuadros de datos, este hecho se tomara en cuenta para todos los parámetros descritos) 1.2.1.2

PRECIPITACION

Ejemplo: Las precipitaciones pluviales en la zona de estudio oscilan entre 1290.60mm y 391.40mm, siendo las más lluviosas los meses de Diciembre, Enero, Febrero y Marzo. 1.2.1.3

EVAPORACION

Ejemplo: En Puno la evaporación total anual varía entre 1200 y 1700 mm/año, en los meses de Junio y Julio se presentan menores valores de evaporación 140 mm/mes, y los máximos en los meses de Octubre y Noviembre 200 mm/mes. 1.2.2.0

TOPOGRAFIA

Ejemplo: La zona de estudio se encuentra en un relieve relativamente llano con inclinación desde los 3821.00 m.s.n.m. hasta las faldas de los cerros circundantes con 3858.00 m.s.n.m, con una pendiente aproximada de 2.65 % cubriendo un área aproximada de 82.73 Ha. (sustentado por el plano topográfico) 1.2.3.0

GEOLOGIA

Las características geomorfológicas, estratigráficas, litológicas y estructurales de las formaciones geológicas en el área de estudio serán descritas en este punto, apoyado por el detalle de columnas estratigráficas que se deben adjuntar y/o anexar. 1.2.4.0

ACTIVIDAD SISMICA

Se realizara una investigación sobre la presencia de sismos en la zona, antecedentes, probabilidades de presencia; En el caso de nuestra zona podríamos indicar que la poca presencia de actividad sísmica en el altiplano peruano es que en los proyectos no se considera el diseño por sismo en las estructuras componentes de los proyectos. 2

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

2.3.0.0

ASPECTO SOCIOECONOMICO

2.3.1.0

TRANSPORTE Y COMUNICACIÓN

En este punto se requiere conocer los accesos que tiene la población, indicando el kilometraje desde las ciudades mas importantes (Capital de Provincia, Capital de departamento) además de los tiempos en horas y la frecuencia de movilidad de transporte publico. Descripción del tipo de vía desde la ciudad capital a la población en estudio. 2.3.2.0

EDUCACION

Se presentara una descripción de la infraestructura educacional en la zona de estudio pudiendo ser estos Centros de educación inicial, primaria, secundaria, centros ocupacionales y otros. Detallándose el número de alumnos, secciones, docentes, personal administrativo. Adicionalmente se puede describir los servicios actuales con los que cuenta cada una de las infraestructuras dedicadas a la educación. 2.3.3.0

SALUD

Los servicios de salud de la zona de estudio serán nombrados y descritos en esta sección, recopilando datos estadísticos de las enfermedades que con mayor frecuencia atacan a la población. 2.3.4.0

COMERCIO

La actividad comercial de la zona del proyecto deberá describirse con detalle, indicando los días de feria, si existe comercio ambulatorio, comercio minorista y mayorista de los diversos productos (naturales, manufacturados, etc) 2.3.5.0

AGRICULTURA Y GANADERIA

Es muy importante conocer sobre los aspectos de agricultura y ganadería, debiendo mencionar a que actividades se dedican los pobladores de la zona y los porcentajes si se pudiera obtener estos datos. 2.3.6.0

ASPECTO SOCIAL POLITICO

En este aspecto de determinara con que instituciones públicas y sociales cuenta la zona de estudio, mencionando cada uno de ellos, entre estos podemos mencionar:     

2.4.0.0

Municipalidad Juzgado de paz Centros educativos Clubes de madres Equipos deportivos representativos, etc.

ASPECTOS SANITARIOS 3

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Definiremos si la población actualmente cuenta con servicios de agua potable y desagüe, las evidencias del grado de contaminación en el medio ambiente por la falta de servicios. 2.4.1.0

ABASTECIMIENTO DE AGUA

Precisaremos como en la actualidad es el servicio de agua, si se efectúa mediante pozos, manantes; sus ubicaciones, si consideran algún tipo de tratamiento. 2.4.2.0

SERVICIO DE DESAGÜE

En este punto se puede dar dos casos si tiene sistema existente ya obsoleto o si es nuevo el sistema a proyectar, en cualquiera de los casos se detallara si en la actualidad cuenta o no con servicio de alcantarillado, cual es el sistema usado por la mayoría de la población, si es el campo abierto, el porcentaje de los que cuentan con pequeñas letrinas, si reúnen o no los requisitos sanitarios mínimos. 2.5.0.0

ASPECTO URBANISTICO

Se hace necesario conocer los detalles del aspecto urbanístico de la población, sus tendencias de crecimiento considerando sus lados (Norte, sur, este y oeste) sus limitaciones al crecimiento, distribución de viviendas, los aspectos constructivos, materiales predominantes de las viviendas y la descripción de las calles si ya tienen una alineación definida, etc.

4

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CAPITULO II ESTUDIOS TOPOGRAFICOS 2.1.0.0 GENERALIDADES Los trabajos de Levantamiento topográfico son muy necesarios para trabajos de ingeniería puesto que en base ha estos levantamientos topográficos se definen en terreno las localizaciones mas adecuadas y económicas de los diversos proyectos de Ingeniería; como son la ubicación de la captación, líneas de conducción, plantas de tratamiento, reservorio, líneas de impulsión, línea de aducción, redes de distribución, colectores, estaciones de bombeo, y demás componentes que fueran necesarias. El objeto de un levantamiento topográfico, es la determinación tanto en planta como en altura, de puntos especiales del terreno, necesarios para el trazado de curvas de nivel es decir determinar la configuración del relieve de la superficie de la tierra localizando los puntos mas resaltantes y los accidentes tanto naturales como artificiales para posteriormente plasmarlos en planos a una determinada escala. En los trabajos de este tipo de proyectos generalmente se desarrolla el levantamiento topográfico mediante triangulación topográfica, donde no se toma en cuenta la curvatura de la tierra, ni la convergencia de los meridianos. Presentando en el presente Capitulo todas las etapas que intervienen en la ejecución de triangulación. La fotogrametría es otra opción para levantamientos topográficos el que solo definiremos para la comparación con el método tradicional (Con Teodolito) el cual se opta por la particularidad de su uso. 2.1.1.0 FOTOGRAMETRIA La Fotogrametría se define como el arte, la ciencia y la tecnología orientada a obtener información relevante de diversos objetos físicos de la corteza terrestre y de su medio ambiente, a través de procesos de medición e interpretación de imágenes fotográficas y de patrones de energía electromagnéticas radiante. Esta definición aunque no incluye en el sentido estricto de la palabra la interpretación de los elementos fotografiados, puede ser ampliada a la Fotointerpretación, pues su finalidad es el levantamiento de mapas, ya sean topográficos por fotogrametría o temáticos por fotointerpretación. además el proceso fotogramétrico incluye un cierto grado de análisis y clasificación de los objetos fotografiados. de igual forma la fotointerpretación requiere en muchos casos de mediciones de relativa precisión. Podría decirse en síntesis que la fotogrametría utiliza las fotografías con fines cuantitativos, en tanto que la fotointerpretación lo hace con fines cualitativos. La palabra Fotogrametría de deriva de tres raíces griegas: FOTO que significa LUZ, GRAMA que significa DIBUJAR y METRON que significa MEDIR, de este modo las raíces que conforman esta palabra significan “Mediciones Gráficas por medio de la Luz”.

2.1.2.0 COMPARACION DE LEVANTAMIENTOS FOTOGRAMETRICOS Y LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS CON TEODOLITO

5

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

LEVANTAMIENTOS CON FOTOGRAMETRIA - Permite contar con la seguridad de tener todos los detalles a la vista. - La fotogrametría permite la cobertura rápida de grandes extensiones de áreas sean estas accesibles o no. - La fotogrametría requiere de la fotointerpretación para llegar a mapas de mayor detalle. - Representación geométrica incorrecta debido a desplazamientos causados por el relieve, por la inclinación de la fotografía y distorsión de la lente de la cámara. - Debido a que las fotografía verticales son vistas en perspectiva, la escala no es uniforme. Puede Seleccionarse una escala promedio como un valor aproximado. - Sirven para trabajos de gran magnitud como son geológicos, suelos, agricultura, etc.

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

LEVANTAMIENTOS CON TEODOLITO -

Permite la representación de todos los objetos incluso los no visibles Permite el levantamiento solo en zonas accesibles y de extensiones limitadas

-

Representación geométrica correcta.

-

Las escalas son reales de acuerdo a lo que se elaboran los mapas, requieren de leyendas para su lectura.

-

Son para trabajos específicos relacionados con la ingeniería Civil.

2.2.0.0 TRIANGULACION Es el procedimiento más común que se emplea para el control del levantamiento de la población o zona de estudio, es así que se tiene que armar triángulos adyacentes encadenados según lo que sea necesario hasta abarcar toda la zona a levantarse. En la triangulación basta con medir una sola distancia y todos los ángulos de los triángulos, se calculan todos los lados y las coordenadas de los vértices. La longitud que se mide directamente es llamada “base de la triangulación” y los vértices de los triángulos se llaman Estaciones. 2.2.1.0 REQUISITOS PARA TRIANGULACIONES Apreciamos en el siguiente cuadro: Categoría

Error angular en figuras Max. en una 1er Orden figura........... 3” En promedio ..1” Max. en una 2do Orden figura........... 6” En promedio ..3” Max. en una 3er Orden figura........... 15” En promedio ..8”

Error Lineal

Longitud Máxima Lados

Precisión en medida de Base

1/25000

De 50 a 200 km

1/1000 000

1/10000

De 15 a 40 km

1/500 000

1/5000

De 1.5 a 10 km

1/200 000

2.2.2.0 DOCUMENTACION Es la etapa donde se busca información, planos, croquis de la zona a levantarse, Pudiendo ser Cartas nacionales, levantamientos anteriores, etc.

6

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Información que sirve para delimitar la zona a abarcar y diseñar preliminarmente la red de triangulación escogiéndose la posición de los vértices y forma de las figuras. 2.2.3.0 RECONOCIMIENTO DE CAMPO Fase en la que se recorre toda la zona a levantarse topográficamente. Donde se visita todos los posibles vértices, teniendo en cuenta las distancias aproximadas y los ángulos interiores de los vértices de los triángulos a formar, también se define la localización de la base. 2.2.4.0 SEÑALIZACION Y MONUMENTACION Una vez que se definieron las estaciones como vértices de la cadena de triángulos necesarios para abarcar toda la población se procede a la señalización de las mismas con estacas de fierro corrugado fijadas con concreto pobre y marcadas con pintura con las suscripciones correspondientes. Los vértices pueden ser denominados con las letras A, B, C, D, Etc. la base estará determinada entre dos de los vértices 2.2.5.0 MEDICION DE BASE La base se ubica sobre un tramo donde no existen obstáculos de modo que exista intervisibilidad entre las estaciones que los une. El equipo y materiales utilizados en la medida de base se mencionan para conocer la precisión, así como la cuadrilla. 2.2.6.0 MEDICION DE ANGULOS La medición de ángulos se realiza para determinar los ángulos interiores, un método que prácticamente elimina las equivocaciones consiste en la medición de ángulos por repetición; el cual consiste en medir el ángulo varias veces acumulando las lecturas, o sea, que el punto que primero se visó se vuelve a ver cada vez teniendo la lectura anterior marcada. Con el fin de ir acumulando pequeñas fracciones que no se pueden leer con una lectura simple. Las lecturas se pueden acumular por diez veces cinco con el anteojo normal y cinco con el anteojo invertido. 2.2.7.0 CALCULOS DE LA TRIANGULACION Dentro de estos cálculos mencionamos los siguientes pasos que se deben seguir: - COMPENSACION DE LA BASE Se deben de tomar en cuenta todas las correcciones posibles a realizar. - COMPENSACION DE ANGULOS Dentro de estos tenemos: a) Compensación de Vértices b) Verificación de Triángulos c) Compensación Geométrica d) Compensación de ángulos opuestos por el vértice e) Compensación Trigonométrica - CALCULO DE LA RESISTENCIA - CALCULO DE LADOS - CALCULO DE AZIMUT Y RUMBOS - CALCULO DE LAS COORDENADAS DE LOS VERTICES 7

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

2.3.0.0 ALTIMETRIA La altimetría o control vertical tiene por objeto determinar las diferencias de altura entre los puntos del terreno, en los trabajos se realiza nivelaciones para determinar las cotas de los vértices de la cadena de triángulos, determinar las cotas en los puntos auxiliares desde donde se ha lecturado puntos de relleno no visibles desde los vértices, determinar los desniveles en la medida de base. Durante el trabajo de campo se nivela básicamente cuatro circuitos por el método de nivelación diferencial y por el método de nivelación de perfil o compuesta se nivelaran la totalidad de las calles de la población a levantarse con el fin de tener los perfiles longitudinales para posteriores diseños.

8

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CAPITULO III PERIODO DE DISEÑO Y CALCULO DE LA POBLACION 3.1.0.0 GENERALIDADES: Las obras de agua potable no se diseñan para satisfacer solo una necesidad del momento actual sino que deben preveer el crecimiento de la población en un período de tiempo prudencial que puede variar entre 10 y 40 años; siendo necesario estimar cuál será la población futura al final de este período. Con la población futura se determina la demanda de agua para el final del período de diseño. 3.2.0.0 PERIODO DE DISEÑO En la determinación del tiempo para el cual se considera funcional el sistema, intervienen una serie de variables que deben ser evaluadas para lograr un proyecto económicamente variable. Por lo tanto el período de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente, ya sea por capacidad en la conducción del gasto deseado o por la existencia física de las instalaciones. Los factores considerados para la determinación del período del diseño son: -

Vida útil de las estructuras del concreto y de los equipos electromecánicos Facilidad o dificultad para hacer ampliaciones de la infraestructura Crecimiento y/o decrecimiento poblacional Capacidad económica para la ejecución de las obras

a) Vida útil de las Estructuras y los equipos Electromecánicos La vida útil de las estructuras dependerá de la resistencia física del material que la constituye a factores adversos por desgaste u obsolescencia. Todo material con el tiempo y con el uso que se le da a estos se desgasta disminuyendo la eficiencia del sistema dependiendo de las características del material empleado. Por consiguiente en las tuberías de abastecimiento de agua y desagüe existen diversos desgastes por corrosión, erosión y fragilidad factores que sean determinantes en su durabilidad. La duración de las diferentes estructuras del sistema según: El compendio de Normas sobre saneamiento de la SUNASS (Volumen II Normas Técnicas) y el autor Simón Arocha indican lo siguiente: CUADRO 03.01 SIMON AROCHA 20-40 años 20-30 años 10-15 años

TIPO DE ESTRUCTURA Obras de Captación Pozos Estaciones de Bombeo (Equipos de Bombeo) - Línea de Aducción - Planta de tratamiento, Reservorios - Planta de tratamiento - Tuberías de conducción y de distribución b) Facilidad o dificultad para hacer Ampliaciones -

SUNASS 20-30 años 20-30 años 5-10 años

20-40 años 30-40 años

------------20-30 años

10-15 años 30-40 años

-----------20-30 años

de la Infraestructura. 9

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

La fijación de un período de diseño esta íntimamente ligado a factores económicos, la asignación de un período de diseño ajustado a otros criterios estará regido por la dificultad o facilidad de su construcción. c) Crecimiento y/o decrecimiento Poblacional El crecimiento y/o decrecimiento poblacional es función de factores económicos, sociales y de desarrollo. Un sistema de abastecimiento de agua debe propiciar y generar desarrollo, no de frenarlo. Esto nos permite señalar que de acuerdo a las tendencias de crecimiento, es conveniente elegir períodos de diseño más largos para crecimientos lentos y períodos de diseño cortos para crecimientos rápidos. El reglamento nacional de edificaciones y el compendio de normas sobre saneamiento del SUNASS coinciden en indicar los valores del cuadro 03.02

POBLACIÓN 2,000 A 20,000 Habitantes 20,000 a más Habitantes

CUADRO 03.02 PERIODO RECOMENDABLE 15 años 10 años

d) Capacidad económica para la ejecución de Obras Las razones de durabilidad y resistencia al desgaste físico es indudable que representa un factor importante para el mejor diseño, pero adicionalmente se harán estimaciones de interés y de costo capitalizado para aprovechar útilmente la inversión hecha. La determinación de la capacidad del sistema de abastecimiento de agua de una localidad debe ser dependiente de su costo total capitalizado. Generalmente los sistemas de abastecimiento se diseñan y construyen para satisfacer una población mayor que la actual, es decir con una población futura. El R.N.E. recomienda la determinación del período de diseño tomando en cuenta la realidad económica de la zona, los costos de operación y mantenimiento; así como los costos de ampliación futura. 3.2.1.0 DETERMINACION DEL PERIODO DE DISEÑO Haciendo un análisis de la vida útil de las estructuras e instalaciones que se tiene previsto proyectar en los proyectos, y además viendo la realidad de las zonas de estudio se deben determinar para cada componente su periodo de diseño; presentamos el cuadro 03.03 como ejemplo de adopciones para cada componente de un sistema con estaciones de bombeo:

CUADRO 03.03 COMPONENTE

VALOR ADAPTADO 10

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

AGUA Estación de Bombeo infraestructura - Equipos - Tubería de Impulsión Reservorio Redes de distribución ALCANTARILLADO Estación de Bombeo infraestructura - Equipos - Tubería de Impulsión Redes Colectoras

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

-

20 años 10 años 10 años 20 años 20 años

-

20años 10 años 10 años desarrollo completo

Haciendo un promedio de la vida útil adoptada para cada caso el período de diseño será de 15 años para el ejemplo. Teniendo como proyección al año (XXXX+15). 3.3.0.0 ESTUDIOS DE POBLACION En todo Proyecto de abastecimiento de agua potable uno de los parámetros más importantes que debe evaluarse es la población actual y futura. Hay varios métodos matemáticos para pronosticar la población de las ciudades. Algunos son el aumento aritmético, el aumento en porcentaje, comparaciones gráficas, etc. Se debe proceder con gran cuidado y juicio en el pronóstico demográfico, sobre la base de datos confiables. 3.3.1.0 DATOS BASICOS PARA EL PRONOSTICO DEMOGRAFICO El pronostico demográfico se hace en base a datos estadísticos censales de la población en estudio por lo que presentamos un ejemplo en el cuadro 03.04 con datos recopilados del Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI). Y en el gráfico 03.01 que muestra el crecimiento poblacional de la localidad X de nuestro ejemplo. CUADRO 03.04 DATOS CENSALES DE POBLACION X AÑO CENSAL POBLACION TOTAL VIVIENDAS 1940 301 77 1961 228 56 1972 249 62 1981 267 78 1993 993 383 Fuente: INEI censos 1940, 1962, 1972, 1981, 1993 3.3.2.0 CALCULO DE LA POBLACION FUTURA DE LA POBLACIÓN X (ejemplo) a) METODO ARITMETICO Este método considera el crecimiento de la población uniforme y lineal en el tiempo, el que da resultados muy bajos y se utiliza en poblaciones antiguas y muy desarrolladas que están cerca del limite de saturación. Pf = Pa + r t Donde: Pf = Población Futura 11

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Pa = Población actual r = Coeficiente de crecimiento t = Período de crecimiento en años CUADRO 03.05 POBLACION CENSADA 301 228 249 267 993

CENSO 1940 1961 1972 1981 1993

“r”

- 3.476 1.909 2.00 60.50 Prom. r =15.233

P2014 = 1,313 habitantes b) METODO GEOMETRICO El presente método considera que la población crece de acuerdo a la ley de interés compuesta, se aplica para poblaciones jóvenes en pleno desarrollo viene dado por la formula: Pf = Pa x r t r = (Pf/Pa)1/t

CENSO 1940 1961 1972 1981 1993

Donde: Pf = Población Futura

POB. CENSADA 301 228 249 267 993

Pa = Población actual r = Coeficiente de crecimiento t = Período de crecimiento en años CUADRO 03.06 “t“

21 11 9 12

“r“

0.987 1.008 1.008 1.116 Prom. r = 1.030

P2014 = 1,847 habitantes c) METODO DE LA PARABOLA Este método se usa preferentemente en poblaciones que se encuentran en un período de asentamiento o inicio, para este método se requiere los 3 últimos datos censales. Pf = A t² + B t +C Donde: Pf = población futura A, B = Constantes t = Tiempo entre poblaciones tratadas C = Población inicial CUADRO 03.07 CENSO POB. “t“ C Pf - C CENSADA 1972 249 0 249 0 1981 267 9 249 18 1993 993 21 249 744 18 = A (9)² + B (9)...........1 744 = A (21)² + B (21)..............2 Resolviendo 1 y 2 y reemplazando en la formula se tiene: 12

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

P2014 = 4,194 habitantes d) METODO DE LA OMS La OMS (Organización Mundial de la Salud) considera una formula de tipo geométrico, para el caso de no disponerse de información censal utilizando una razón de crecimiento categorizado en base a la magnitud de la población. Pf = Pa (100+P/100)t

Donde: Pf = Población futura Pa = población actual P = Incremento anual en % t = Tiempo en años CUADRO 03.08

TIPO DE POBLACIÓN Ciudades Grandes Ciudades Pequeñas Poblados y Aldeas

VALOR DE P % 2.70 3.00 2.20

Asumiendo un valor de P=3.00 tenemos: P2014 = 1,847 habitantes e) FORMULA DEL MINISTERIO DE SALUD El Ministerio de salud propone una formula de crecimiento aritmético, este método se utiliza para poblaciones bajo las consideraciones de que estas van cambiando en la forma de una progresión aritmética y que se encuentran cerca del limite de saturación. Pf = Pa (1 + r t /1000)

AÑO

POB.ACT.

1940 1961 1972 1981 1993

301 228 249 267 993

“t“

21 11 18 12 53

Donde: Pf = Población futura Pa = población actual r = Coeficiente de crecimiento anual por mil t = Tiempo en años CUADRO 03.09 P Pa x t Pf - Pa -73 21 18 726

6321 2508 2241 3204

“t“ P/Paxt

rt

-0.0115 0.008 0.008 0.226

-0.242 0.092 0.072 2.720 2.642

R = 2.642/53 = 0.0498 P2014 = 2,015 habitantes El Gráfico 03.02 muestra las proyecciones futuras al año (XXXX+15), de acuerdo a los métodos evaluados. CUADRO 03.10 CUADRO DE RESUMEN DE POBLACION FUTURA 13

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

METODO Met. Aritmético Met. Geométrico Met. De la Parábola Met. De la OMS Formula Minis. Salud

POBLACION FUTURA (XXXX+15) 1,313.00 1,847.00 4,194.00 1,847.00 2,015.00

De acuerdo a las características de nuestra población y los cálculos realizados para la localidad “X” optamos por el método geométrico que coincide con el método de la OMS. Por ser recomendadas para poblaciones en pleno desarrollo. Por lo tanto la población futura al año (XXXX+15) será de 1847 habitantes. GRAFICO 03.01 P O B L 1100 A 1000 C 900 I O 800 N 700

CRECIMIENTO POBLACIONAL

600 500 400 300 200 100 0 1930

1940

1950

1960

1970 Población

1980

1990

2000 AÑOS

14

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

GRAFICO 03.02

4500

POBLACION FUTURA 1999-2014 M.Parabola

4000 3500 3000 2500

M.MINSA

2000 1500

M.Geometrico-OMS

1000

M.A ritmetico

500

1999

2014

Serie1

993

1313

Serie2

993

1847

Serie3

993

4194

Serie4

993

1847

Serie5

993

2015

Serie1

Serie2

Serie3

Serie4

Serie5

15

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CAPITULO IV DOTACION Y CONSUMO 4.1.0.0

GENERALIDADES

La dotación o la demanda per capita, es la cantidad de agua que requiere cada persona de la población, expresada en Lt/hab/día. Conocida la dotación, es necesario estimar el consumo promedio diario anual, el consumo máximo diario, y el consumo máximo horario. El consumo promedio diario anual, servirá para el cálculo del volumen del reservorio de almacenamiento y para estimar el consumo máximo diario y horario. El valor del consumo máximo diario es utilizado para el cálculo hidráulico de la línea de impulsión mientras que el consumo máximo horario, es utilizado para el calculo hidráulico de la línea de aducción, red de distribución, gastos contra incendio y redes de alcantarillado. 4.2.0.0

DEMANDA DE AGUA

4.2.1.0 FACTORES QUE AFECTAN EL CONSUMO: Los principales factores que afectan el consumo de agua son: El tipo de comunidad, factores económicos sociales, factores climáticos y tamaño de la comunidad. Independientemente que la población sea rural o urbana, se debe considerar el consumo doméstico, el industrial, el comercial, el público y el consumo por pérdidas. Estos consumos serán estudiados con el objeto de obtener la dotación necesaria para la población calculada y se puede reunir en cuatro grupos básicos: a) b) c) d)

Consumo domestico Consumo comercial o industrial Consumo Público Consumo por perdidas y desperdicios

Para la fijación de la dotación se tienen distintas normas y valores como mencionaremos los consumos directos que señala el R.N.C. Anexo 3 (3-II-II-3) que dice la siguiente dotación diaria por habitante se ajustará a los siguientes valores.

POBLACIONES De 2000 a 10000 hab. De 10000 a 50000 hab. Más de 50000 hab.

4.2.1.1

CUADRO 04.01 CLIMA FRIO TEMPLADO Y CALIDO 120 l/h/d 150 l/h/d 150 l/h/d 200 l/h/d 200 l/h/d 250 l/h/d

CONSUMO DOMESTICO

16

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

El consumo domestico es requerido en la cocina, en unidades sanitarias, en lavaderos, etc.; estos varían en relación al modo de vida de la población, grado de institución sanitaria y las condiciones de suministro como son presiones, calidad del agua, etc. En poblaciones urbanas de clima frió se estima en unos 100 litros /personas día. Los consumos adicionales que comúnmente se le incluye el consumo doméstico, los de riego de jardines y los animales domésticos. Según el RNE el consumo per capita representa el consumo predominante en el diseño. 4.2.1.2

Bebida cocina y limpieza Ducha Descarga de Inodoros Lavado de ropa Riego de jardines, polio etc.

20 - 30 l/p/d 40 - 80 l/p/d 16 - 20 l/p/d 10 - 15 l/p/d 1- 2 l/m2/viv.

CONSUMO INDUSTRIAL

Es el que suministra a las instalaciones de tiendas, bares, estaciones de servicio, en procesamientos industriales.

agua consumida

En ciudades de gran importancia varía entre 15% al 65% del total. En nuestra zona de estudio se considerará, las características de la ciudad de Puno, como se podra ver más adelante. 4.2.1.3

CONSUMO PUBLICO

Dentro de este consumo están considerados la dotación de riego de parques Centros Educativos, Centros de Salud, Mercados etc. El R.N.E. proporciona valores aproximados - Escuela 2 – 5 lit/alumno/día - Hospitales 100 – 650 lit/persona/día - Baños públicos 500 lit/m2/día - Mercados 15 lit/m2/día - Oficinas Públicas 6 lit/m2/día 4.2.1.4 CONSUMO POR PERDIDAS Y DESPERDICIOS Esto se debe al mal funcionamiento de las válvulas cañerías, conexiones clandestinas, desperdicios, etc.

juntas, conexiones defectuosas, fugas de

4.3.0.0 VARIACIONES DE CONSUMO Para suministrar eficientemente el agua, es necesario que cada uno de las partes que constituyen el sistema satisfagan, las necesidades reales de la población; diseñando cada estructura de tal forma que las cifras de consumo y variaciones de las mismas, no desarticulen todo el sistema, sino que permitan un servicio de agua eficiente y continuo. 17

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

La variación del consumo está influenciado por diversos factores tales como: Tipo de actividad, hábitos de la población, condiciones de clima, etc. Por lo tanto el consumo varía de año a año, los meses del año, los días de la semana, y durante las horas, Siendo los principales los diarios y los horarios del promedio anual de la demanda.

4.3.1.0 CONSUMO PROMEDIO DIARIO ANUAL El consumo promedio diario, se define como el resultado de una estimación del consumo per cápita para una población futura expresado en litros por segundo (lit/seg)., el cual se determina con la siguiente relación. Qp =

Pf x d 86400 seg/día

Qp = Consumo Promedio Pf = Población Futura d = Dotación

4.3.1.1 VARIACION DIARIA Varía durante el año, en función de las condiciones climatológicas y los hábitos de la población, es así en los días de una semana se dan consumos máximos y mínimos, como tenemos los consumos máximos en los días sábado, domingo, lunes. - EL CONSUMO MAXIMO DIARIO, (Qmd) Es el día de máximo consumo de una serie de registros observados durante los días del año Qmd = K1*QP Según el RNE el máximo anual de la demanda diaria comprende entre 1.20 a 1.50. Para el proyecto asumiremos un valor promedio de K1 = 1.30 o sea el 130% del consumo promedio anual. 4.3.1.2 VARIACION HORARIA Esta variación está plenamente relacionado con el modo de vida y la magnitud de la población, los consumos de agua varían hora a hora; dependiendo de las costumbres y actividades de la población, Siendo los consumos máximos al mediodía y al atardecer - EL CONSUMO MAXIMO HORARIO (Qmh) Se define como la hora de máximo consumo las 24 horas del día. Qmh = K2 QP Según el RNE el coeficiente varía de acuerdo a la población. - Para poblaciones de 2000 a 10000 hab. - Para poblaciones Mayores a 10000 hab. Para nuestro estudio asumiremos

K2 = 2.50 K2 = 1.8

K2 = 2.50

18

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

4.4.0.0 DETERMINACION DEL GASTO DE DISEÑO Para determinar los gastos de diseño utilizaremos para nuestro ejemplo los siguientes datos que se han obtenido anteriormente:    

Población de estudio Dotación. K1. K2.

: 5923 hab. : 120 lit/hab/d : 1.30 : 2.50

El gasto promedio para el cálculo es: Qp = 123.19 x 5923 86 400 Qp = 8.45 Lit/seg. Qmd = 8.45 x 1.30 = 10.98 Lit/seg. Qmh = 8.45 x 2.50 = 21.11 Lit/seg 

La finalidad de los gastos obtenidos del Qmd y Qmh para un sistema de abastecimiento, es de provisionar en el diseño de las obras integrantes.

4.5.0.0 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO Los reservorios deben tener la capacidad suficiente para garantizar a la población un buen servicio que permita atender a las variaciones horarias, casos de incendio, casos de desperfecto en las lineas de impulsión o conducción, etc. En general el volumen de un reservorio está dado por. VT = Vreg. + VI + Vres Vreg = Volumen de regulación VI = Volumen contra incendio Vres = Volumen de reserva

4.5.1.0 VOLUMEN DE REGULACION Para él calculo del volumen de almacenamiento de agua, se tienen los siguientes métodos como son: al método del diagrama de masas y el método analítico, estos no son muy aplicables por no contarse con datos de variación de consumo horario. Para nuestro ejemplo nos basaremos en el compendio de normas sobre saneamiento de la SUNASS que indica, se adaptan como capacidad de regulación al 25% del promedio anual de la demanda. Vreg = 0.25 x Qp x 86400 = 182520 litros. Vreg = 182.50 m3

19

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

4.5.2.0 VOLUMEN RESERVA CONTRA INCENDIOS En lo referente a la previsión de volumen contra incendio, de acuerdo al RNC – S.121.6. Contra que en población hasta de 10000 hab. No se considerará demanda contra incendios, salvo en casos especiales en que se identifique por la calidad combustible de los materiales de construcción, industrias inflamables, etc. Para nuestro ejemplo consideramos demanda contra incendio por encontrarse la población “X” dentro del plan de expansión Urbana de la ciudad de Puno y que se prevee que en los Años futuros esta continuará poblándose. Siendo esta muestra justificación para considerar dicha demanda. Según Simón Arocha, las normas para acueductos rurales del ministerio de Sanidad y Asistencia social, establecer es un artículo 64. El volumen adición para combatir incendios será el que resulta de considerar un incendio de duración de 2 horas para gastos en los hidratantes entre 5 y 10 lit/seg. Dependiendo de las características de las edificaciones. Basándonos en estas normas tomaremos el mínimo de 5 lit/seg. En una duración de 2 horas en un hidratante. VI = 5 lit/seg. X 7200 = 36000 lit. VI = 36 m3 4.5.3.0 VOLUMEN DE RESERVA E IMPREVISTOS Este volumen se refiere a los imprevistos ante la eventualidad de que en la línea de impulsión puedan ocurrir daños que mantendrían paralizadas el suministro de agua mientras se hacen las reparaciones pertinentes. Para el volumen adicional de reserva e imprevistos se tomará como seguridad el 10% del volumen de regulación y volumen contra incendio. Vres = 0.10 x (182.50+36) = 21850 lit. Vres = 21.85m3 4.5.4.0 VOLUMEN DEL RESERVORIO El volumen del reservorio se calculará de acuerdo a la formula ya mencionada. VT = Vres + VI +Vres VT = 182.50 + 36.00 + 21.85 VT = 240.00 m3 Cabe mencionar que el estudiante deberá contrastar todos los valores referidos a la reglamentación con el ultimo Reglamento Nacional de Edificaciones.

20

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CAPITULO V ESTUDIO SOBRE CAPTACIONES 5.1.0.0

GENERALIDADES

Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable y antes de dar cualquier paso es necesario definir su ubicación, tipo, cantidad y calidad. De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento así como la topografía del terreno, se consideran dos tipos de sistemas: Los de gravedad y los de bombeo. 5.2.0.0

ANALISIS DEL PUNTO DE TOMA

En este punto se debe considerar el realizar un analisis detallado sobre el punto donde se va ha ubicar la capatación de agua para el sistema del proyecto a diseñar, ademas de determinar el tipo de captación a proyectar según la fuente de agua (Agua superficial, subterranea). Algunos puntos que se deben de considerar se sugiere a continuación, ademas de hacer una breve descripción del sistema de captación en la ciudad de Puno. a).- CALIDAD DE AGUA El laboratorio de la planta de tratamiento de AZIRUNI, lleva constancia de los siguientes análisis. Análisis físico Químico del agua cruda y tratada. Análisis Bacteorológico del agua cruda y tratada. Análisis Físico Químico Las determinaciones físico químicas realizadas en laboratorio son: Temperatura, olor, sabor, turbiedad, Ph , dureza total como CaCo3, dureza carbonatada CaCo3 dureza no carbonatada Ca Co3, alcalinidad total, alcalinidad a la fenoltalcina, cloruro, sulfatos, bioxido de carbono, calcio, magnesio, hierro, cloro residual. Estas determinaciones físico-químicas se realizan en la zona de captación y después del tratamiento para las aguas procedentes del Lago Titicaca. De las determinaciones realizadas por las aguas del Lago Titicaca se verifica que el agua cumple con las normas establecidas por la Organización Mundial de Salud OMS, pero faltan complementar dichos análisis para determinar el grado de contaminación química de las aguas del Lago. Análisis Bacteorológicos del Agua El laboratorio de la planta de tratamiento de AZIRUNI, realiza los análisis Bacteriológicos del agua procedente del Lago Titicaca, galerías filtrantes de Totorani, Aracmayo y El Manto (por desactivarse), expresándose las determinaciones de NMP/100 cc de acuerdo a normas internacionales OMS/OPS. Las determinaciones bacteriológicas se efectúan tomando muestras en las captaciones y luego de la desinfección de las aguas. También se toman muestras para ser analizadas en puntos 21

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

representativos de la ciudad como son; reservorios, grifos, Institutos Superiores, resultados que son registrados en los partes mensuales del laboratorio. Las diferentes muestras tomadas en la red de la ciudad, arrojan resultados negativos, tal como se puede verificar en el parte mensual del laboratorio. Cloro Residual en Cisterna La aplicación del cloro se realiza en la cisterna de almacenamiento en la planta de tratamiento de AZIRUNI. La desinfección varía a criterio de los operadores de turno, pudiendo establecerse en 1.50 mg/l como promedio. De la interpretación de las partes de laboratorio, se verifica que los resultados de cloro residual fluctúan entre 0.60 y 0.70 mg/l, lo que garantiza la desinfección del agua suministrada a la población CALIDAD DEL AGUA PROCEDENTE DEL LAGO TITICADA La contaminación del Lago Titicaca es real y la gravedad del problema se hace crítico en la bahía interior de Puno y la parte norte de la bahía exterior donde desemboca el rió Coata fuertemente contaminado por los desagües de la ciudad de Juliaca y la zona donde desemboca el río Suches que es utilizado por los centros mineros de la zona. El problema más severo de contaminación se indica en la bahía interior de Puno, la que tiene un área de 16 km2 y por sus características morfométricas favorecen los procesos de contaminación. La ciudad de Puno consume un promedio de 12,960 m3 diarios de agua potable, de los cuales un 80% o sea 10,368 m3 diarios son descargados parte directamente el agua sin ningún tratamiento y la otra a través de una laguna de oxidación cuyo funcionamiento está siendo evaluada. En el mes de marzo-95, CEPIS efectuó un análisis físico-químico del agua del Lago Titicaca, dando los resultados siguientes. Ph = 8,4 Turbiedad = 0,8 NTU Alcalinidad = 105 mg/l Color =2 Sólidos Totales = 980 mg/l Nitrógeno Total = 2 mg/l Fósforo Total = 0,06 mg/l Clorofila = 4,9 Contaje Total de filoplancton (algas) = 400 org/l Contaje total de zooplacton = 60 org/l Coliformes totales = 43/100 ml Coliformes fecales = 9/100 ml De acuerdo a este análisis, las condiciones mesotróficas de la fuente indican que la concentración de algas se encuentra en un límite aceptable (500 org/l), en estas condiciones se espera una carrera de los filtros de 20 horas. También CEPIS efectuó un análisis del efluente obtenido concentración de algas de 1,3 (10) 7 y de zooplancton de 1,3 (10)5 org/l. 22

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

En la práctica, la concentración de algas y de zooplancton colmatan los filtros y la carrera de los filtros es del orden de 5 horas como máximo, obligado al lavado de las unidades utilizando 45 m3 de agua por unidad. De acuerdo a los análisis bacteriológicos, la contaminación bacteriológica no disminuye en los actuales sedimentadores, y los filtros debido a su estado precario no tienen la capacidad necesaria para la remoción de las bacterias. 5.3.0.0 CAPTACIÓN DE AGUA DE RÍOS Las etapas que comprenden el estudio de la adopción de esta clase de fuentes son: 1. Investigación de la composición química de las aguas. 2. Volumen disponible o caudal del curso de agua. 3. Selección del punto o lugar de captación o de toma. 4. construcción de la toma de las obras de cabecera. Composición química de las aguas de un río: La composición del agua de un río está en relación directa con la naturaleza de los terrenos que atraviesa. De tal manera esta agua que corre en un cauce formado de rocas tales como granitos, sienitas u otras similares, será muy puro químicamente por ser dichas rocas insolubles en el agua. En cambio, los ríos que se abren paso a través de formaciones calizas, se irán cargando poco a poco de carbonato cálcico, y cargándose de una fuerte cantidad de esta sustancia. Y por último, si el mismo río, al acercarse al mar, corre sobre terrenos impregnados de sal su agua disolverá también una gran cantidad de sal y se hará salobre, perdiendo su potabilidad. La composición del agua de los ríos no es tan constante como la del agua de los manantiales, pues esta sujeta a variar por distintas causas. Entre ellas debemos anotar las crecientes, en las que aumentando considerablemente la cantidad de agua, esta baña a otros terrenos y se cargan de los principios solubles contenidos en ellos. También sucede a veces, que copiosas lluvias parciales caen sobre un espacio reducido de territorio bañado por un tributario del río principal y cuya constitución geológica puede ser muy distinto. En este caso, el río tributario hallándose muy crecido, lleva al principio una cantidad de ciertas materias minerales mucho mayor que aquella con la cual contribuye ordinariamente. CAUDAL DEL CURSO DE AGUA Los recursos de agua tienen sus máximos y mínimos de descarga, pudiendo suceder que el abastecimiento no se pueda hacer directamente porque los volúmenes mínimos resulten inferiores al consumo, haciéndose entonces necesario recurrir al almacenamiento. Examinando los datos de descarga de un rió en periodo de tiempo determinado se observa que se presentan descargas cíclicas, y que además, las variaciones anuales se registran alteraciones en periodos de tiempos mayores. Todo esto muestra la conveniencia de adoptar siempre las observaciones, plazos grandes de tiempo que evitan errores futuros. El calculo de la capacidad de los reservorios, para los casos en el caudal del curso de agua es insuficiente para el abastecimiento directo, se hace con auxilio con lo que se denomina diagrama de masas. 23

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Se llama diagrama de masas un hidrografo integral o sumarizado, que se dibuja par mostrar los caudales acumulados de mes en mes o de año en año. Para que este diagrama sea útil debe abarcar un periodo de por lo menos 20 años. En este plazo se harán las observaciones de las épocas de sequía que son fácilmente reconocidas, siendo también posible preveer los almacenajes requeridos. La línea ondulada del diagrama representa las descargas acumuladas, como ya se ha dicho del curso del agua. Los tiempos de escasez quedan mostrados por los achatamientos de la curva. Un ejemplo de aplicación se puede apreciar en el texto de Abastecimiento de agua y alcantarillado de A. Regal M. Pag. 108. 5.3.1.0 SELECCIÓN DEL EMPLAZAMIENTO DE LAS OBRAS DE CAPTACIÓN La investigación esta regida por las siguientes consideraciones: 1.

Es más conveniente ubicar las aguas arriba de la población porque toda la conducción del agua o gran parte de ella, se puede realizar por gravedad, que es el caso de la ciudad de Lima. Si se hace aguas abajo, serán necesarios elevar el agua a un reservorio o tanque de almacenamiento, que permite dar presión a la red de distribución. En su llana se presento esta solución como la más conveniente, habiéndose construido un reservorio aprovechando una elevación del terreno y desde el cual se distribuye el agua a la población. Otra ventaja que presenta la toma aguas arriba de la población es que probablemente el agua será bacteriológicamente más pura, pues el rió a su paso por las vecindades del centro poblado siempre recibirá materias que puedan contaminar sus aguas. 2. La toma se emplazara donde las divagaciones de los ríos sean nulas o mínimas. Si hay temor de alteración del cauce se estudiará la posibilidad de fijarlo por medio de obras de encauzamiento. En los casos en que sea ineludible la adopción de una zona sujeta a variaciones del cauce, y que el volumen de la obra no permita, económicamente, ejecutar obras de canalización del río, se puede adoptar la solución empleada en Talara, de toma movible, conectada a la población por medio de una tubería flexible. 3. Es mas ventajosa la toma de las aguas superficiales, por que estas poseen menores elementos dañinos a la salud. Es axioma la circunstancia de que las impurezas bacteriológicas se almacenan sobre los corpúsculos sólidos de tierra, por ejemplo, que pueden llevar las aguas, y estos se encuentran en mucho mayor grado de intensidad en el fondo de las aguas. Además la acción solar y la aireación son elementos purificadores de mayor importancia. Desde todos estos puntos de vista las aguas superficiales y del medio del río son, con toda seguridad, las más puras. 5.3.2.0 DISTINTAS CLASES DE BOCA-TOMA Los distintos tipos de dispositivos para la captación de agua de ríos, se pueden agrupar de las siguientes formas: 24

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

1.- Tomas en el cause mismo del río o curso de agua, que pueden ser: a) Visibles. b) Sumergidas. 2.- Captación por infiltración, o sea por medio de: a) galerías. b) Pozos. Para mayor detalle de estos tipos de captaciones remitirse al texto Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales de Fair Geyer Okun Cap. 11 Pág. 295. 5.4.0.0 CAPTACIÓN DE AGUA DE POZO Remitimos al estudiante a referirse al texto de Hidrología del autor Máximo Villón Capitulo 8 (Aguas Subterráneas) Pag. 319 – 380. y complementar con la teoría del texto Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales de Fair Geyer Okun Cap. 10 Pág. 271.

CAPITULO VI RED DE DISTRIBUCION 6.1.0.0 GENERALIDADES 25

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

La red de distribución es el conjunto de tuberías de diferentes diámetros, válvulas, grifos, y demás accesorios cuyo origen esta en el punto de entrada a la población(final de la linea de aducción) y que se desarrolla por todas las calles de la población. Para el diseño de la red de distribución es necesario definir la ubicación tentativa del reservorio de almacenamiento con la finalidad de suministrar el agua en cantidad y presión adecuadas a todos los puntos de la red. El Reglamento Nacional de Edificaciones indica: Para el cálculo hidráulico del sistema de distribución se aplicarán fórmulas racionales con el criterio del gasto coincidente, es decir con la cifra que resulte mayor al comparar el máximo horario con la suma del gasto máximo diario más incendio para el caso de poblaciones en que se considera demanda contra incendio. Las cantidades de agua se han definido basándose en las dotaciones y en el diseño se contemplan las condiciones mas desfavorables, para lo cual se analizaron las variaciones de consumo considerando en el diseño de la red el consumo máximo horario (Qmh) más el caudal contra incendio. Las presiones deben satisfacer las condiciones máximas y mínimas, para las diferentes situaciones, la red debe de mantener presiones de servicio mínimos. 6.1.1.0 TIPOS DE REDES La elección del tipo de red depende de la topografía de la zona del proyecto, existiendo dos tipos de sistemas de distribución. a) SISTEMA ABIERTO O RAMIFICADO Son aquellos que están constituidos por un ramal matriz y una serie de ramificaciones, es utilizado cuando la topografía dificulta o no permite la interconexión entre ramales y cuando la población tiene un desarrollo lineal generalmente a lo largo de una vía o un río. La desventaja de este sistema es que el flujo esta determinado en un solo sentido. b) SISTEMA CERRADO Son las que están constituidas por tuberías interconectadas formando mallas o también llamado parrilla, este sistema es el más conveniente a fin de crear un circuito cerrado que permita un servicio más eficiente y continuo, es más económico por que las perdidas son menores 6.2.0.0 CRITERIOS DE CONFIGURACION La red de distribución la constituyen tres tipos de tuberías, alimentación, principales y secundarias o de relleno y ramales abiertos. Los tramos se definirán por los nodos basándose en lo siguiente:   

Intersección de dos tuberías principales Todo punto de alimentación Tramos no mayores de 400 a 600m.

Para configurar las mallas se debe de tomar en cuenta el posible crecimiento de la ciudad si se prevé un desarrollo hacia la periferie las mallas a proyectar deberán de ser exteriores y si se tiene limitaciones de expansión hace que se proyecte mallas interiores. 26

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

En el presente proyecto tomando en cuenta las consideraciones anteriores se formó 3 circuitos en la red de distribución y 03 ramales para la parte alta de la población. Las redes se proyectan al lado de mayor cota y donde exista mayor numero de conexiones domiciliarias. En las calles de 20 m de ancho o menos se proyectara una sola linea de agua potable, en las calles de mas de 20 m se proyectara dos lineas una a cada lado de la vía. En avenidas la distancia entre la linea de propiedad y el plano vertical tangente al tubo sera de 2.00 m y en las calles de menos de 20 m será de 1.50 m, cumpliendo con lo estipulado en el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE)(contrastación del RNC y el RNE) 6.3.0.0 CRITERIOS PARA EL DISEÑO HIDRAULICO Consideramos un Ejemplo para todo el proceso siguiente: 6.3.1.0 GASTOS DE DISEÑO El gasto de diseño para la red de distribución se considera al caudal máximo horario, siendo esta estudiada en el capitulo IV, adicionándosele el caudal contra incendio. En conclusión la suma de estos dos caudales en nuestro ejemplo nos da: Qmh = 21.11 lts/seg Qci = 5.00 lts/seg Qtotal = 26.11 lts/seg. 6.3.2.0 PRESIONES MAXIMAS Y MINIMAS El Reglamento Nacional de Edificaciones considera en cuanto a las presiones máximas y mínimas para la red de distribución los valores de 50m y 15m de columna de agua respectivamente, en localidades urbanas pequeñas podrá admitirse una presión mínima de 10m de columna de agua en casos debidamente justificados. 6.3.3.0 VELOCIDADES DE FLUJO La velocidad máxima depende del tipo de material de la tubería, pero es conveniente que las velocidades del agua en la red estén entre los valores de 0.60 m/seg y 5 m/seg para evitar posibles sedimentaciones de partículas en suspensión y la máxima para evitar desgaste de las paredes del tubo y deterioros en los accesorios. 6.4.0.0 TIPO DE TUBERIA A UTILIZARSE Las tuberías a utilizarse en un proyecto deberán de ser evaluadas tomando en cuenta las ventajas y desventajas que ofrecen cada tipo de tubería. Para lo cual se presenta un cuadro comparativo de las tuberías en diferentes materiales. Ver cuadro 06.01. CUADRO 06.01 CARACTERISTICAS GENERALES DE TUBERIAS TIPO DE TUBERÍA CARACTERISTICAS Fierro Fundido Asbesto Cemento P.V.C. 27

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Corrosión Flexibilidad Rugosidad Peso Tuberculización Instalación Mantenimiento Costo

Resistencia Limitada Nulo C=130 Excesivo Es afectado Laboriosa Laborioso Alto

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Alta Resistencia Nulo, solo en uniones C=140 Liviano No sufre Fácil Poco Laborioso Moderado

Alta Resistencia Alta C=140 Muy Liviano No sufre Fácil Fácil Bajo

En el presente Ejemplo (proyecto) se utilizará tubería de PVC (Polivinilo de Cloro), en razón a que estos tubos presentan ventajas descritas en el cuadro 06.01 de donde podemos deducir que estos tubos son resistentes a la corrosión y oxidación por ser absolutamente inertes a los efectos químicos de los acidos y álcalis, resisten los agentes atmosféricos, por lo que se puede mantenerse sin ninguna protección expuesta a los rayos solares, resisten al efecto de la corrosión electrolítica y es altamente aislante. Es liviano por lo que su maniobrabilidad es simple. 6.5.0.0 ASIGNACION DE GASTOS DE CONSUMO Para el dimensionamiento de nuestra red de malla encontramos los gastos de circulación para cada tramo haciendo uso del método de las áreas tanto en los tramos de los circuitos cerrados y los tramos como ramales. Este método consiste en proyectar las áreas de influencia de cada tramo, procurando obtener áreas de figuras geométricas definidas para facilitar el cálculo para mayor detalle referirse al gráfico 06.01. 6.5.1.0 DETERMINACIONES Y CALCULO DE AREAS SERVIDAS Para el cálculo de las áreas servidas se tomara en cuenta la forma de expansión futura de acuerdo a la topografía de la zona de estudio. La determinación de las respectivas áreas se ha procedido primeramente al trazo de las tuberías principales de acuerdo a las zonas de mayor concentración por un sistema cerrado y para el caso de las partes altas por un sistema ramificado o abierto como se ve en el gráfico 06.01. Las áreas se han fijado considerando los nudos de cada tramo trazando bisectrices y lineas paralelas a la tubería que luego dan las áreas de influencia, las cuales se muestran en el cuadro 06.02. 9.5.2.0 CALCULO DE CONSUMO POR TRAMOS Una vez calculado las áreas servidas de cada uno de los tramos, se asignan los consumos de acuerdo al numero de personas que ocupa dicho área (Densidad) En nuestro ejemplo caso se ha definido dos zonas A y B por que en el cálculo de la población de diseño se ha tomado en cuenta los dos aspectos por lo que se tendrá dos densidades. Población total de diseño = 5,923.00 habitantes Población A = 4,077.00 habitantes Población B = 1,846.00 habitantes Extensión A = 44.94 Hectáreas Extensión B = 37.79 Hectáreas 28

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Densidad A = 90.72 hab/has Densidad B = 48.85 hab/has Para el cálculo del consumo por persona se tomará un solo valor de consumo el cual se obtiene de la forma siguiente: Caudal Máximo Horario + Caudal Contra Incendio Población Total de Diseño Consumo Máximo por Persona

= 26.11 lts/hab = 5923.00 hab. = 26.11/5923 = 0.004408 lts/seg/hab.

La concentración de gastos de consumo por nodo se ha repartido por mitad a cada extremo del tramo para los circuitos y los caudales requeridos en cada ramal tal como se aprecia en el cuadro 06.03 y en el gráfico 06.02.a.

TRAMO A-B B-C C-D C-F D-E E-F A-F G-E J-A I-J I-M I-H G-H G-K H-L

TRAMO A-B B-C C-D C-F

DENSIDAD A B 90.72 90.72 90.72 90.72

CUADRO 06.02 AREAS SERVIDAS A B 6.02 9.31 7.93 4.89 12.40 1.81 1.28 1.52 3.11 2.64 10.90 5.80 2.85 2.18 0.5 1.10 5.05 3.44 49.94 37.79

CUADRO 06.03 CONSUMO POR TRAMOS POBLACION A B 546 845 719 444

TOTAL 6.02 9.31 7.93 4.89 14.21 2.80 5.75 10.90 5.80 2.85 2.18 0.5 1.10 5.05 3.44 82.73

Consumo max./Pers. 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408

CONSUMO

Lit/seg 2.41 3.72 3.17 1.96 29

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

D-E E-F A-F G-E J-A I-J I-M I-H G-H G-K H-L

90.72 90.72 90.72

48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85 48.85

1125 116 282

4077

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

88 74 129 532 283 139 107 25 54 247 168 1846

0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408 0.004408

5.35 0.84 1.81 2.34 1.25 0.61 0.47 0.11 0.24 1.09 0.74 26.11

6.6.0.0 CALCULO HIDRAULICO DE LA RED Una vez establecido las redes principales y asignados los gastos por tramo de los tres circuitos correspondientes se procedió a determinar los gastos de transito, como se puede apreciar en el gráfico 06.02.b. En los circuitos cerrados el caudal estará controlado por dos condiciones: 1.- El caudal total que llega a un nodo es igual a la que sale. 2.- La pérdida de carga entre dos puntos a lo largo de cualquier camino será siempre el mismo. Para el caso de ramales el flujo está determinado en un solo sentido por lo tanto el caudal que ingresa se va repartiendo de acuerdo al área de servicio. 9.6.1.0 METODO DE HARDY CROSS Este método consiste en tanteos y aproximaciones sucesivas en el cual se supone una distribución de caudales y se calcula el error con la perdida de carga de cada circuito. En cualquier malla de tuberías se deben satisfacer cuatro condiciones: 1.- La suma algebraica de las pérdidas de carga alrededor de un circuito debe de ser cero. 2.- La cantidad de flujo que entran a un nodo debe ser igual a la cantidad de flujo que sale de ese nodo. 3.- El caudal que ingresa a la red debe ser igual al caudal que sale de ella. 4.-Los caudales asignados deben ocasionar velocidades adecuadas a las especificaciones reglamentarias. PROCEDIMIENTO DE CALCULO. a) b) c) d) e)

se supone un caudal de circulación en cuanto a cantidad y sentido de flujo. Suponemos diámetros de acuerdo a los gastos supuestos. Calcular la perdida de carga de cada tramo con la formula de Hazen – Williams Sumar las perdidas de carga de acuerdo al sentido supuesto Corregir los gastos de cada uno de los tramos aplicando la formula ∆ = Σ hf / 1.85Σ hf/Q para el caso de tramos comunes se aplican doble corrección f) Con los nuevos gastos se calculan nuevamente la corrección, hasta encontrar un valor mínimo. Formula de Hazen – Williams 30

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

hf = 1.21957 x 1010 x L x Q1.85 / C1.85 x D4.87 Donde: Q = Gasto de circulación (Lt/seg) L = longitud (m) C = Coeficiente de rugosidad (para PVC C= 140, 150) D = Diámetro en mm. En nuestro proyecto se tiene para el cálculo tres circuitos cerrados como se puede apreciar en el gráfico 06.02.b y el cálculo de iteraciones se muestra en el cuadro 06.04.a, los valores iniciales supuestos y en el cuadro 06.04.b se muestran los caudales corregidos después de varias iteraciones efectuadas. Y en el cuadro 06.04.c los valores ya definitivos con los gastos reales de circulación. CUADRO 06.04.a Cuadro de iteraciones – Metodo Hardy Cross TRAMO LONGITUD

CAUDAL

DIÁMETRO

Hf1

hf/Q

A-B B-C C-F F-A

M 400.00 324.00 439.20 284.80

Lt/seg 7.005 3.940 -2.070 -7.182

Mm m 100.00 3.483 0.497 75.00 3.949 1.002 50.00 -11.724 5.664 75.00 -10.542 1.468 -14.834 8.631

C-D D-E E-F F-C

257.60 543.50 152.00 439.20

1.585 -2.675 -2.807 2.070

50.00 4.196 2.648 75.00 -3.236 1.210 50.00 -7.128 2.539 50.00 11.724 5.664 5.556 12.061

J-A A-F F-E E-G G-H H-I I-J

411.00 284.80 152.00 560.00 94.00 82.00 225.00

16.922 7.182 2.807 -4.133 -6.513 -7.428 -8.258

100.00 75.00 50.00 75.00 100.00 100.00 100.00

18.296 1.081 10.542 1.468 7.128 2.539 -7.458 1.804 -0.715 0.110 -0.796 0.107 -2.656 0.322 24.341 7.431

CORREC. CORR. 2 CAUDAL 2

0.929 0.929 0.929 0.929

-0.249 -0.249 -0.249 -0.249

-1.770 -1.770 -1.770 -1.770 -1.770 -1.770 -1.770

1.178 2.699

Lt/seg 7.934 4.869 -0.892 -4.483

1.521 -1.178

1.336 -2.924 -1.286 0.892

-2.699 -1.521

15.152 4.483 1.286 -5.903 -8.283 -9.198 -10.028

CUADRO 06.04.b Cuadro de iteraciones – Metodo Hardy Cross TRAMO LONGITUD

A-B B-C C-F F-A

M 400.00 324.00 439.20 284.80

CAUDAL

Lt/seg 7.484 4.419 -1.152 -4.779

DIAMETRO

Mm 100.00 75.00 50.00 75.00

hf1

m 3.940 4.891 -3.868 -4.956 0.003

hf/Q

0.526 1.106 3.403 1.038 6.073

CORR.

0.000 0.000 0.000 0.000

CORR. 2 CAUDAL

0.000 0.000

Lt/seg 7.487 4.422 -1.137 -4.778 31

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

C-D D-E E-F F-C

257.60 543.50 152.00 439.20

1.146 -3.114 -1.323 1.152

J-A A-F F-E E-G G-H H-I I-J

411.00 284.80 152.00 560.00 94.00 82.00 225.00

14.998 4.779 1.323 -6.057 -8.437 -9.352 -10.182

50.00 75.00 50.00 50.00

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

2.259 -4.317 -1.805 3.868 0.005

1.992 1.381 1.351 3.403 8.127

0.000 0.000 0.000 0.000

100.00 14.638 0.976 75.00 4.959 1.038 50.00 1.805 1.351 75.00 -15.115 2.496 100.00 -1.154 0.137 100.00 -1.218 0.130 100.00 -3.912 0.384 0.002 6.512

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.000 0.000

0.000 0.000

1.134 -3.126 -1.336 1.137

15.000 4.778 1.336 -6.055 -8.435 -9.350 -10.180

 CUADRO 06.04.c GASTOS REALES DE CIRCULACION TRAMO

LONGITUD

CAUDAL

DIAMETRO

Hf1

VELOC.

A-B B-C C-F F-A

M 400.00 324.00 439.20 284.80

Lt/seg 7.487 4.422 -1.137 -4.778

Mm 100.00 75.00 50.00 75.00

M 3.939 4.890 -3.867 -4.959 0.003

m/s 0.960 1.009 -0.584 -1.090

C-D D-E E-F F-C

257.60 543.50 152.00 439.20

1.134 -3.126 -1.336 1.137

50.00 75.00 50.00 50.00

2.258 -4.318 -1.805 3.867 0.002

0.583 -0.713 -0.687 0.584

J-A A-F F-E E-G G-H H-I I-J

411.00 284.80 152.00 560.00 94.00 82.00 225.00

15.000 4.778 1.336 -6.055 -8.435 -9.350 -10.180

100.00 75.00 50.00 75.00 100.00 100.00 100.00

14.638 4.959 1.805 -15.116 -1.154 -1.218 -3.912 0.001

1.923 1.090 0.687 -1.381 -1.082 -1.199 -1.305

CALCULO HIDRAULICO DE LOS RAMALES Para el cálculo de los ramales abiertos se ha seguido los siguientes pasos: 1.- Se ha determinado los gastos de acuerdo al área a servir, mostrado en el cuadro 06.03. 2.- Se asume un diámetro considerando el gasto que circulará. 3.- Con los valores mencionados se ha determinado la pérdida de carga para cada tramo (ramal), considerándose como punto muerto. El cálculo se muestra en el cuadro 06.05. 32

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

CUADRO 06.05 CALCULO HIDRAULICO DE RAMALES TRAMO

G-K H-L I-M

LONGITUD

M 320.00 233.00 258.00

CAUDAL

Lt/seg 1.090 0.740 0.470

DIAMETRO

Mm 50.00 50.00 50.00

Hf

M 2.608 0.928 0.443

VELOCIDAD

m/s 0.560 0.380 0.242

En el cuadro 06.04 se observa que las velocidades en los ramales son menores a 0.60m/s por razones del diámetro asumido puesto que ésta es de 50mm(2”) estando en el caso excepcional no permitiéndose diámetros menores según reglamento, los caudales que circulan son mínimos debido a que estos tienen un consumo mínimo y longitudes de tuberías largas. Para prever la limpieza de sedimentos en las tuberías de los ramales se ha considerado la colocación de válvulas de purga, debido a velocidades inferiores a lo establecido por el RNE. En los puntos (K, L, M), se garantiza la presión mínima como se puede apreciar en el cuadro 06.06.

6.7.0.0 UBICACIÓN ALTIMETRICA DEL RESERVORIO El reservorio se ubicará a una altitud de tal manera que pueda mantener la presión dentro del rango de servicio de la red, garantizando presiones mínimas en las viviendas más elevadas y no superar la presión máxima normada. El reservorio se debe ubicar lo más cerca posible y a una elevación mayor a la población. Para el presente ejemplo caso optaremos por tubería PVC-SAP Clase 7.5 para toda la red de distribución. Esta tubería soporta como máximo 75m de columna de agua. Cota Máx. Reservorio = Cota min.Nodo + Pmáx. La cota mínima se encuentra en el nodo D con la cota 3,822.934 msnm, la presión máxima es de 75 metros por la clase de tubería optada. Cota Máx. = 3897.934 msnm Para esta cota del reservorio se hace un trazo preliminar de la linea de aducción, los datos para el cálculo se tiene: L = 147.66 m Q = 26.11 lts/seg D = 150 mm hf = 2.035 m Para la determinación de la cota mínima se tomara como punto critico el punto M por tener una cota elevada respecto a los demás puntos. Cota M = 3856.05 msnm Presión Mínima = 15.00 m hf aducción = 2.035 m 33

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

hf J- M = 4.356 m Cota Mínima Reservorio = 3856.05 + 15 + 2.035+ 4.356 Cota Mínima Reservorio = 3877.441msnm Se asume la cota mínima como definitiva, la cual es 3877.441 msnm, para así satisfacer las presiones en todos los puntos de la red y a la vez tener menores longitudes de tuberías en la línea de aducción. 6.8.0.0 PRESIONES DINAMICAS DE LA RED Una vez que se a encontrado la cota definitiva del nivel de agua del reservorio, se procede al calculo definitivo de la linea de aducción que se tiene en el acápite 6.12.0.0. y luego al calculo de las presiones dinámicas en los nodos, para la cota de los nodos se ha tomado la cota del terreno menos un metro como altura de tapada sobre la clave del tubo, como se puede apreciar en el cuadro 06.06.

NODO R J A B C D F E I H G M L K

CUADRO N° 06.06 CALCULO DE PRESIONES DINAMICAS COTA PRESIONES hf acumulada ESTATICAS DESDE R 3877.441 3843.200 34.241 2.408 3836.839 40.602 17.046 3827.500 49.941 20.985 3823.200 54.241 25.875 3822.934 54.507 28.133 3830.737 46.704 22.005 3828.194 49.247 23.810 3846.677 30.764 6.320 3844.500 32.941 7.538 3840.741 36.700 8.692 3856.050 21.391 6.763 3848.000 29.441 8.466 3846.500 30.941 11.300

PRESIONES DINAMICAS 31.833 23.556 28.956 28.366 26.374 24.699 25.437 24.444 25.403 28.008 14.628 20.975 19.641

En este cuadro se ve que en el nodo M se tiene una presión dinámica de 14.628 que se encuentra dentro de los rangos establecidos por el R.N.E. 6.9.0.0 VALVULAS Y ACCESORIOS En toda red de distribución de agua es necesario colocar una serie de válvulas y accesorios que permitan un buen funcionamiento de la red. Así que se utilizan válvulas de interrupción, válvulas reguladoras de presión, válvulas de retención, válvulas de purga y admisión de aire, hidrantes o grifos contra incendio, etc. Entre los accesorios o piezas especiales tenemos codos, tees, uniones, tapones, reducciones, transiciones, etc. Todos estos elementos conviene colocarlos según normas fijas pues así se facilita mucho su localización, instalación de conexiones, reparaciones, etc. Según el Reglamento Nacional de Edificaciones una red de distribución deberá estar provista de válvulas de interrupción en cantidad y distribución tal que permitan aislar sectores de redes no mayores de 500m de longitud. En lo posible deberá de hacerse una distribución simétrica de las válvulas y deberá ubicarse en la prolongación de las lineas de propiedad. Además deberá utilizarse la mínima cantidad de válvulas para el cierre de circuitos. 34

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

La ubicación y distribución de las válvulas se han dispuesto de acuerdo al reglamento, ubicando válvulas en sitios estratégicos para que el sistema cumpla con los requerimientos de economía y utilidad práctica. En lo referente a las válvulas de purga se ubicarán en los tramos donde existirá acumulación de sedimentos, consecuencia de las velocidades inferiores a 0.60m/s como se tiene en los tramos de los ramales (G-K, H-L, I-M). Los hidrantes contra incendio se ubican en forma tal que la distancia entre 2 de ellos no sea mayor de 300m y se instalaran de preferencia en las tuberías de 100mm de diámetro o mayores como indica el RNE. Los accesorios se colocaran en los cambios de dirección, cruces, etc. Todas las válvulas tendrán su cajuela de control para su operación y mantenimiento mayor detalle sobre estas cajuelas se ve en los planos respectivos. 6.10.0.0 ANCLAJES Las líneas de tuberías de presión están sometidas a constantes esfuerzos o empujes que tienden a desacoplarlas; este empuje es necesario distribuirlos sobre las paredes de la zanja a fin de evitar desensambles de las uniones. En general, estos empujes se presentan cuando la línea de tubería cambia de dirección, reduce de diámetro y en los extremos cerrados(tapones). Para contrarrestar estos esfuerzos es necesario proyectar bloques de anclaje en todos los accesorios, sus dimensiones y formas dependen de la presión de la línea, el diámetro del tubo, clase de terreno y tipo de accesorio. En los accesorios de PVC es conveniente que tengan la mayor parte de su pared externa en contacto con el concreto del bloque.

6.11.0.0 CONEXIONES DOMICILIARIAS Se llama así a las ramificaciones colocadas en derivación sobre la tubería de distribución, destinadas a alimentar los inmuebles, con las presiones adecuadas. Su ubicación será a una distancia entre 0.30m a 0.80m del limite de propiedad. Una conexión domiciliaría de agua consta de las siguientes partes: a) Elemento de toma que comprende una abrazadera, empaquetaduras, llave de toma. b) Elemento de conducción la cual consta de una tubería de PVC de diámetro no menor a 12.5mm (1/2”). c) Elemento de control: caja de protección, llave de control, medidor y otros accesorios de instalación. Los detalles de las conexiones domiciliarias se tienen en las Especificaciones Técnicas y en los planos del presente proyecto. 35

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

9.12.0.0 DISEÑO DE LA LINEA DE ADUCCION Es la línea que se encarga de conducir el agua del Reservorio al punto inicial de la red para nuestro diseño el nodo J, cuyo cálculo se realiza con el caudal máximo horario mas caudal contra incendio. Para el cálculo de valores se ha procedido primeramente al trabajo de campo partiendo del nodo J hacia la parte alta del cerro “CRRO” hasta encontrar la cota máxima del reservorio tomado como supuesta ubicación, con fines de tener más datos se ha nivelado hasta una distancia de 220.00 m. Inclinados llegando hasta la cota 3893.956 m.s.n.m. finalmente mediante cálculos efectuados se ha definido como cota de reservorio 3877.441 m.s.n.m., para lo cual se tienen los siguientes datos: L Q D hf V C

= 174.70 m. = 26.11 Lts/seg. = 150 mm. = 2.408 m. = 1.48 m/seg. = 140.

Nota: Las Graficas y demás Cuadros que faltan en este folleto se desarrollan en clases y son parte de las anotaciones del alumno.

CAPITULO VII LINEAS DE CONDUCCIÓN E IMPULSION 7.1.0.0 GENERALIDADES El desarrollo del presente capitulo mostrara al estudiante mediante ejemplos prácticos el procedimiento de calculo primeramente de una línea de impulsión y posteriormente se desarrollara el caso de una línea de conducción considerando los mismos criterios de diseño.

36

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

El caso mas optimo y económico es cuando la cota de la captación se encuentra por encima de la cota de la población, caso en el cual se hace necesario proyectar una línea de conducción, ejemplo que se vera luego del ejemplo de diseño de la línea de impulsión. La no existencia de fuentes de abastecimientos de agua a elevaciones superiores de la población hace necesario estudiar otras fuentes de abastecimiento. En nuestro ejemplo caso de abastecimiento de agua se hace necesario proyectar una estación de bombeo, lo que precisa el conocimiento de ciertos datos, específicos, para la mejor selección de los equipos necesarios; cuyos datos serán calculados en el desarrollo del presente capitulo. Para el diseño de nuestra estación considerara básicamente los siguientes aspectos:   

Bombas de impulsión Accesorios complementarios Estructuras necesarias.

7.2.0.0 TRAZO Y NIVELACION. Una vez determinado la ubicación del punto de toma (Captación) y la ubicación del reservorio; para el trazo de la línea de impulsión, sé procede a un reconocimiento previo de la zona entre los dos puntos ya definidos, eligiendose la ruta más conveniente. En nuestro ejemplo (proyecto) dicha ruta se emplaza a lo largo de la Urbanización URB “AN” , por una de sus avenidas ya definidas en su habilitación urbana. El levantamiento topográfico se efectuó en la ruta elegida con una faja de 100 m de ancho la nivelación se hizo cada 20 metros partiendo de la Captación hasta la ubicación del reservorio (Cerro CRRO). En el cuadro 7.01 presentamos la nivelación de la linea de impulsión. 7.3.0.0 CRITERIOS PARA EL DISEÑO El diseño de la linea de impulsión debe estar sustentado sobre criterios técnicos y económicos, partiendo de estos aspectos se seleccionará el diámetro económico y la potencia necesaria del equipo de impulsión. Los criterios considerados son:  Caudal y horas de bombeo  Altura dinámica total  Presión máxima en la linea  Clases de tubería  Accesorios necesarios para el buen funcionamiento. 7.4.0.0 CALCULO HIDRAULICO 7.4.1.0 CAUDAL DE DISEÑO La linea de impulsión deberá de conducir un caudal necesario para satisfacer condiciones de servicio para el día de máximo consumo para el período de diseño. Tomando en cuenta que no es aconsejable ni práctico bombear las 24 horas del día, razón por la que se incrementará el caudal de bombeo reduciendo el tiempo del mismo.

37

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Según Simón Arocha el número de horas de bombeo no debe de ser mayor de 16 horas, disminuyendo este en función de las características de la Localidad, principalmente del tamaño o de si se trata de áreas urbanas o rurales con mayor o menor facilidad de operación y mantenimiento. Para nuestro caso optamos 12 horas de bombeo por las características de nuestra población. Qb = Qmd * 24/N Donde: N = Número de horas de bombeo = 12 horas Qmd = Caudal máximo diario = 10.985 lt/seg Qb = Caudal de bombeo. Qb = 21,97 Lt/seg 7.4.2.0 DIAMETRO ECONOMICO El diámetro a elegir deberá de satisfacer las exigencias económicas; lo que se explica para diámetros mayores la perdida de carga son menores, en consecuencia las bombas son de potencias reducidas trayendo consigo costos de tuberías mayores. Si al contrario se establece diámetros pequeños, resultaran pérdidas elevadas exigiendo mayor potencia de maquinas y costos. Por lo que concluimos que el diámetro económico será aquel que reduzca a un mínimo la suma del costo del sistema de bombeo (equipos y tubería). Para la determinación del diámetro más económico se tiene las siguientes fórmulas planteadas por: 

Streeter – Wylie, Swamee-Jain

D = 0.66 [Є 1.25 (LQ2/ghl)4.75 + ν Q 9.4 (L/ghl)5.2]0.04 Donde: D = Diámetro económico (pies) Є = Rugosidad de la tubería (pies) L = Longitud de la línea(pies) Q = Caudal (pies3/s) g = Gravedad (pies/s2) hl = Perdida de carga (pies) V = Viscosidad cinemática (pies2/s) 

Bresse

D = K √Q Donde: D= diámetro económico K = Constante de variabilidad en función de los precios (autores como Azevedo NettoGuillermo Acosta Alvarez indican que K varia de 0.7-1.6) Q = Caudal de bombeo El diámetro de la linea de descarga se calculará utilizando la formula de Bresse, aplicable a las instalaciones de funcionamiento continuo por situaciones que la fórmula de Streeter – Wylie requiere de muchos parámetros para un primer cálculo, por lo que se verificara posteriormente con esta fórmula. D = K √Qb Donde:K = 1(Asumimos la unidad por la baja inflación actual que existe en el país) 38

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Qb = Caudal de Bombeo = 0.02197 m3/s. D = 0.148 m Adoptamos D = 0.15 = 6’’

7.4.3.0 VELOCIDAD La velocidad del agua en la boca de entrada de las bombas generalmente esta comprendida entre 1.5 y 5 m/s, en la sección de salida las velocidades son más elevadas pudiendo alcanzar el doble de estos valores. Las tuberías de descarga de gran extensión deben ser medidas por un criterio económico eligiéndose el diámetro comercial más ventajoso. Las velocidades en este caso son relativamente bajas entre 0.65 – 1.50 m/s. La verificación de nuestra velocidad en la tubería de impulsión la efectuamos por la ecuación de continuidad: V = Qb/A  V = 1.243 m/s 7.4.4.0 PERDIDAS DE ENERGIA A medida que un fluido fluye por un conducto, tubo o algún dispositivo ocurren perdidas de energía debido a la fricción interna, los que traen como resultado una disminución de la presión entre dos puntos del sistema de flujo, para lo cual es muy importante el cálculo de dichas perdidas de energía. En la elección de las bombas según los fabricantes de bombas: “las perdidas de energía no deberán de representar más del 50% de la altura estática, para considerarse como un buen diseño”.

7.4.4.1 PERDIDAS POR LONGITUD Se utilizara la ecuación de Darcy para el cálculo de la perdida de energía en conductos circulares, para lo cual se evalúa el tipo de flujo mediante el número de Reynolds, rugosidad relativa del conducto para luego mediante el diagrama de Moody encontrar el factor de fricción: hL = ƒ(L/D)(V²/2g) Donde: hL = perdida de carga por longitud en metros ƒ L D V

= factor de fricción = longitud total de la tubería (m) = diámetro de la tubería (m) = Velocidad m/s g = gravedad  9.8 m/s2

Número de Reynolds:

NR = V*D/ν Donde :  = Viscosidad cinemática = 1.388x10-6 m2/s a la temperatura de bombeo 8°C 39

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

NR = 1.3x105 Rugosidad Relativa:

Є = D/ e

Donde: Є = rugosidad relativa e = rugosidad absoluta del conducto Del Diagrama de Moody: Para tubería PVC : ePVC = conductos lisos Є = conductos lisos ƒ = 0.018 Para tuberías fierro fundido: e fo fo. = 2.4 x 10-4 m Є = 625 ƒ = 0.024 Perdidas de carga tubería PVC, con L = 2492.70 m hL (PVC) = 23.556 m Perdidas de carga tubería Fo Fo con L = 20 m hL (fo fo) = 0.252 m 7.4.4.2 PERDIDAS POR ACCESORIOS En cualquier sistema de tuberías, además de la perdida de carga por fricción a lo largo de aquellas, existen perdida menores que ocurren cuando hay cambios en la sección cruzada de la trayectoria de flujo o en la dirección de flujo, o cuando la trayectoria de flujo se encuentra obstruida. La predicción teórica de la magnitud de estas perdidas es compleja, por tanto usaremos los datos experimentales. ha = K (V²/2g) Donde : K = Coeficiente de resistencia para cada accesorio. V = Velocidad m/s g = gravedad  9.8 m/s2 En el cuadro 7.02 mostramos los coeficientes de resistencia. CUADRO 7.02

PERDIDAS DE CARGA POR ACCESORIOS ACCESORIOS CANTIDAD K Codo PVC 6’’ x 45° 06 0.175 Codo PVC 6’’ x 225° 05 0.175 Codo f°fdo 6’’ x 45° 05 0.175 Codo f°fdo 6’’ x 90° 02 0.28 Tee f°fdo 6’’ x 6’’ flujo lineal 01 0.12 Tee f°fdo 6’’ x 6’’ flujo lateral 01 0.60

K parcial 1.050 0.875 0.875 0.560 0.120 0.600 40

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Yee f°fdo 6’’ x 6’’ flujo lineal Yee f°fdo 6’’ x 6’’ flujo lateral Válvula Check 6’’ Válvula compuesta 6’’ Salida de 6’’ Medidor de caudales 6’’ Canastilla de succión ha = 0.891

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

01 01 01 03 01 01 01

0.12 0.60 2.00 0.11 1.00 2.50 0.68 TOTAL =

0.120 0.600 2.000 0.330 1.000 2.500 0.680 11.310

7.4.5.0. PRESION DINAMICA También denominada altura dinámica total, viene a ser la altura estática más las perdidas de energía en la linea de impulsión, con la cual se calculará la potencia del equipo de impulsión. HD = Hs + hL + ha Donde : HD = Presión dinámica (m) Hs = Altura estática (m) hL = Perdida de energía por longitud (m) ha = Perdida de energía por accesorios (m) Del gráfico 7.01 Tenemos:

Hs = 68.706 m HD = 93.405 m (Ver Gráfico 10.01)

7.4.6.0. SELECCIÓN DE BOMBA Para la selección del tipo de bomba utilizaremos el parámetro de la “Velocidad específica”, definido como: el número de revoluciones por minuto de una bomba ideal geométricamente semejante a la bomba en consideración necesaria para elevar un caudal unidad con una altura unidad. Esta velocidad especifica es un dato de gran utilidad en la caracterización de las bombas, independiente de su tamaño y velocidad de funcionamiento. Ns = N *

√Q /H3/4

Donde : Ns = Velocidad específica N = Velocidad angular en RPM Q = Caudal de bombeo en gal/min H = Altura dinámica (Pies) Se considera N = 1800 RPM como recomendación de los fabricantes en razón de cuidar la vida útil de los equipos de bombeo. Ns = 458.70 RPM 41

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Con este valor calculado en el gráfico 10.02, se observa que la velocidad específica esta relacionada directamente con el diseño de bombas mas eficientes, Ns bajos significan Qb bajos y HD altos, lo que nos indica que es más adecuado utilizar una bomba centrifuga para nuestro caso. GRAFICO 7.02

7.4.6.1. BOMBAS CENTRIFUGAS 

Bombas Centrifugas Horizontales.

Son bombas cuyo eje es horizontal, que sirve de apoyo a uno o varios impulsores giratorios que generan el movimiento del agua debido a la acción de una fuerza centrifuga. En cuanto a la eficiencia para el caso de gastos pequeños o moderados no es fácil conseguir altas eficiencias mayores a 70%, pero para grandes caudales las bombas centrifugas horizontales pueden desarrollar eficiencias mayores del 80%. 

Bombas Centrifugas Verticales.

Conocidas también como turbombas tipo pozo profundo son bombas centrifugas cuyo eje es vertical y sobre el cual se apoya un determinado número de impulsores que elevan el agua por etapas. Son más eficientes en caudales pequeños o moderados consiguiendo mayores alturas de impulsión. Para nuestro proyecto se diseñará con Bombas Centrifugas de Eje Vertical en razón a la disponibilidad de espacio, eficiencia en caudales pequeños y altura de impulsión

7.4.6.2. CALCULO DE LA POTENCIA DE LA BOMBA La potencia de las bombas se selecciona mediante la formula: PB = (‫* ﻻ‬HD * Qb )/75n 42

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Donde :

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

PB = Potencia de bomba en H.P. ‫ = ﻻ‬Densidad del agua 1000 Kg/m3 HD = altura dinámica total (m) Qb = Caudal de bombeo M3/s n = Eficiencia considerada de la bomba Del gráfico 7.02  70% PB

PB 

= 39.09 HP =

40.00 HP

Calculo potencia teórica del motor.

La potencia consumida por el motor es 39.09 H.P, siendo el cálculo de HD aproximado se recomienda usar un factor de servicio de 0.15 para el motor por lo que tomamos: PM = 44.95 H.P Optamos por la potencia inmediata superior comercial: PM PM 

= 48 H.P = 35.76 KW

Calculo del Número de Impulsores.

Por recomendación de fabricantes indican que los impulsores elevan un promedio de 10 – 14 metros por etapa, para el presente trabajo adoptamos el promedio 12 metros n imp = 93.405/ 12 = 7.78 impulsores Se opta por 8 impulsores. 7.4.6.3. CAVITACIÓN La cavitación consiste en la formación de burbujas de vapor que se forma no por los gases disueltos ni por la aportación de calor sino por una caída de presión, lo suficiente para que el líquido empiece a hervir. Esta presión a la que se inicia el fenómeno depende únicamente de la temperatura a la que se encuentra el líquido. El fenómeno de formación y destrucción de estas bolsas de vapor, o cavidades llenas de vapor, se denomina Cavitación. Siempre que la presión en algún punto de una bomba o turbina alcance el limite critico(Tensión de Vapor) las condiciones de funcionamiento se vuelven precarias y las maquinas comienzan a vibrar a consecuencia de la cavitación. Los efectos de la cavitación se transmiten a las estructuras próximas reduciendo el rendimiento y pudiendo causar serios daños materiales a las instalaciones. La cavitación puede evitarse si la presión en cualquier punto de la maquina se mantiene sobre la presión de vapor del liquido de operación. A velocidad constante, esto requiere que una presión positiva - mayor que la presión de vapor del liquido - se mantenga en la entrada de la bomba (Succión). Debido a las perdidas de presión en la tubería de entrada, presión de succión puede 43

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

estar debajo de la atmosférica. por ello, es importante limitar cuidadosamente la caída de presión en el sistema de tuberías de entrada.

NPSH. Es la presión estática a que debe ser sometido un líquido para que pueda fluir a través de las tuberías de succión y llegar finalmente hasta inundar los alaves en el orificio de entrada del impulsor. NPSHR. Depende exclusivamente del diseño interno particular a cada bomba y que suele variar mucho, no solo con el caudal y la velocidad dentro de la misma, sino también de una bomba a otra entre las de un mismo fabricante y desde luego con mayor razón entre los distintos fabricantes. Generalmente este dato es proporcionado por los fabricantes. NPSHD. Depende exclusivamente de las características hidráulicas de la red externa de succión conectada a la bomba, el NPSH disponible en el sistema deberá ser mayor por lo menos en 0.5 m al NPSH requerido por la bomba Calculo de NPSHD.

Donde : Ps Pv GE hs hf

NPSHD = ((Ps – Pv)/9850GE) (+ o -) hs - hf

= Presión atmosférica 63,336.00 Pa a 3,800.00 msnm = Presión de vapor 1.001 Pa a 3800 msnm, Tº de bombeo = 8ºC = Gravedad específica 1.0008 = altura de succión 1.70 m (Ver planos) = Perdida de carga en la tubería de succión 0.050 NPSHD = 7.973 m

Por lo que recomendamos NPSH requerido menor a 7.473 m. 7.4.7.0. FENOMENO DEL GOLPE DE ARIETE Se entiende a las situaciones de impermanencia en el tiempo, a que se ve sometida una tubería a sección llena al producirse un cambio en las condiciones del escurrimiento; lo cual genera como una consecuencia más importante una variación en la presión del flujo.

  

Entre las causas más comunes se pueden señalar las siguientes: Cierre (Parcial o total) de válvulas. Partida o detención en el arranque de bombas Partida o detención en el funcionamiento de tuberías

La variación de presión máxima que se produce, se puede calcular mediante la teoría de la onda elástica de Joukovsky. PGA = -a ΔV/g Donde: PGA = Variación en m.c.a.

a = Velocidad de onda (m/s) ΔV = Velocidad final – Velocidad inicial (m/s) (Vel. final=0) 44

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

g = Aceleración de gravedad 9.8 m/s² a = 1420/√ (1 + (K*d/E*e)) Donde: d = diámetro interior en m (PVC- clase 15 0.1446 m) E = modulo de elasticidad del material (3x10 8 kg/m²) e = espesor mínimo de pared (PVC clase 15 0.0117 m) K = módulo de compresión del agua (2.06 x10 8 kg/m²) a = 461.037 m/s Las mayores sobrepresiones o subpresiones se obtienen cuando el tiempo de la maniobra (t) es igual o inferior al tiempo crítico (tc) tc = 2L/a Donde: tc = tiempo crítico maniobra (seg) L = longitud total (m) (2512.70 m) tc = 10.9 seg PGA = 58.48 m

7.4.8.0. SELECCION CLASE DE TUBERIA Las clases de tubería a seleccionar estarán definidas por las máximas presiones que ocurren en la linea lo cual estará representado por la linea de carga estática más la sobrepresión por golpe de ariete. En nuestro proyecto ajustaremos a los rangos de servicio de las clases de tubería. Pmax = Hs + PGA Donde: Pmax = presión máxima Hs = altura estática (68.706 m) PGA = presión por golpe de ariete (58.48 m) Pmax = 127.19 m En función a esta presión máxima seleccionaremos las clases de tubería que se utilizará a lo largo de la linea de impulsión. El cálculo se hace tomando en cuenta las cotas detalladas en el gráfico 7.03 Del gráfico 7.03 Cota mínima de tubería = 3809.883 msnm Presión máxima = 127.19 m Cota presión máxima = 3937.209 msnm 45

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

TUBERÍA PVC:  Tubería clase 7.5 cuya presión de servicio es de 75 m.c.a.  Se utilizará a partir de la cota = 3862.209 a la transición ubicada antes de la caseta de válvulas.  Tubería clase 10 cuya presión de servicio es de 100 m.c.a.  Se utilizará a partir de la cota = 3837.209 a la cota 3862.209  Tubería clase 15 cuya presión de servicio es de 150 m.c.a.  Se utilizará desde la cota mínima de tubería transición a la salida de la caseta de bombeo a la cota 3837.209. TUBERÍA DE FIERRO FUNDIDO (Fo Fo): La presión que actuará en el árbol de impulsión con tubería de fierro fundido será de 127.19 m.c.a. por lo que adoptamos tubería clase 200 (200 lb/pulg2 = 140 m.c.a.). En la caseta de válvulas del reservorio también se utilizará tubería de fierro fundido clase 100 (100 lbs/pulg2 = 70 m.c.a.) por situaciones de operación y mantenimiento de los accesorios conformantes de la caseta. 7.4.9.0. ACCESORIOS COMPLEMENTARIOS La conducción o transporte de fluidos por medio de tuberías, requieren las más de las veces el control del flujo, su regulación o impedir que éste pueda retornar en contra de un determinado sentido de circulación y, muchas veces también, se requiere poder mantener el flujo a una determinada presión de servicio o liberar el exceso de presión cuando esta sobrepasa ciertos límites de seguridad. Para estas variadas funciones se utilizan las válvulas, las cuales intercaladas convenientemente en las tuberías, deben cumplir a cabalidad el fin para el cual se las ha elegido. El principio seguido en la elección es simple tomando en cuenta su capacidad, clase de fluido para nuestro caso agua potable, la clase y tipo de tubería en la que se instalará, la forma de realizar las conexiones la manera como se va ha operar y, finalmente para su buena maniobra.

   





Funciones Básicas de las Válvulas de Utilizar: Permitir el paso de un flujo o detenerlo El servicio para el cual son más utilizadas las válvulas de compuerta es cuando se debe abrir o cerrar por completo el paso de un fluido. Evitar el retorno del flujo. Para evitar el retorno del flujo se utilizan las válvulas de retención o check. Aliviar la presión de seguridad Para este caso utilizaremos las válvulas de alivio de presión de seguridad el cual es necesario para evitar que un exceso eventual o fortuito de presión pueda causar daño. Expulsión de aire. Destinadas a expeler el aire en los puntos elevados de la linea de impulsión utilizaremos válvulas de expulsión de aire automáticas de ½ ‘’ Limpieza de tuberías Para la limpieza de acumulación de sedimento en puntos bajos utilizaremos válvulas de limpieza que consisten en una derivación de la tubería provista de una llave de paso en diámetro de 4’’

7.5.0.0. LINEA DE CONDUCCIÓN

46

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Con los mismos criterios del ejemplo anterior se presenta el siguiente ejemplo de calculo en hoja Excel. (Explicaciones en clases).

CAPITULO VIII OBRAS DE REGULACION 8.1.0.0 GENERALIDADES La importancia del reservorio radica en garantizar el funcionamiento hidráulico del sistema y el mantenimiento de un servicio eficiente, en función a las necesidades de agua proyectados y el rendimiento admisible de la fuente. El reservorio proyectado cumplirá los siguientes propósitos:  Cubrir las variaciones de los consumos horarios. 47

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado     

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

Almacenamiento para las demandas de incendios. Deposito para otros casos de emergencia. Regulación de presiones en la red de distribución. Aumentar la presión en zonas altas de la población. Uniformizar la carga a que trabajan las bombas de impulsión.

8.2.0.0 CAPACIDAD, UBICACION Y ELEVACION, DIMENSIONAMIENTO. 8.2.1.0 CAPACIDAD La capacidad del reservorio esta en función a la forma de abastecimiento por gravedad o bombeo, en este segundo caso depende del número de horas previsto para el trabajo de las bombas del sistema, continuo o intermitente del funcionamiento de estos, de las formas como se distribuye los caudales que pueden elevarse. Para el cálculo de la capacidad de nuestro reservorio se considera la compensación de variaciones horarias de consumo y los eventuales desperfectos en la línea de impulsión. El reservorio deberá permitir que la demanda máxima que se produce en el consumo sea satisfecha a cabalidad, al igual que cualquier variación en el consumo registrada en las 24 horas del día. En la determinación del volumen también deberá considerarse la ocurrencia de desperfectos en la estación de bombeo y/o línea de impulsión que mantengan una situación de déficit en el suministro de agua mientras se hagan las reparaciones pertinentes, es aconsejable un volumen adicional que de oportunidades de restablecer la impulsión de agua hasta el reservorio. Del capitulo 4(ejemplo), acápite 4.5.4.0 se tiene ya definido el volumen del reservorio, en donde se ha tenido en cuenta los volúmenes adicionales. Vt = 240 m3 8.2.2.0 UBICACION Y ELEVACION La ubicación se determina según su objetivo, por el espacio disponible o por el juego de estos factores a la vez; los reservorios pueden ser de tipos elevados o estar sustentos en el terreno natural, si las condiciones topográficas lo permiten y deben estar cerca de la zona de influencia cuya presión hidrostática debe controlarse. La cota mínima del espejo de agua esta determinado considerando las perdidas de carga y la presión requerida en los distintos puntos de la red de distribución. Una vez determinado la cota mínima del nivel de agua se da especial importancia a la resistencia del suelo donde se funda el reservorio. La ubicación altimétrica del reservorio se tiene en el capítulo 9, acápite 9.7.0.0 en donde fue ubicado altimetricamente el reservorio. Cota mínima espejo de agua: 3877.441 m.s.n.m. Continuando con el ejemplo y tomando en cuenta los aspectos detallados ubicaremos en reservorio en el cerro denominado CRRO que se encuentra al sur de la población de “AB” y será de tipo apoyado por que la topografía de terreno lo permite.

8.2.3.0 DIMENSIONAMIENTO 48

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado

Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

La mejor forma para un reservorio es aquella que da menor perímetro y menor superficie para un mismo volumen, se tiene así que la forma más conveniente es la de sección circular. En el presente proyecto optamos por la forma circular, forma que presenta las siguientes ventajas: 1) Soportar uniformemente las presiones en las paredes internas. 2) Las secciones de las paredes son macizos que los de otras formas por lo que el volumen de concreto a utilizarse es menor, por consiguiente más económico. 3) Estructuralmente los esfuerzos se reparten uniformemente, por consiguiente requiere menor sección de acero.

Para el dimensionamiento: Optamos por una altura de agua h=3.10 m.

Asumimos por Por lo tanto nuevo volumen V = 243.47 m3

V = П r 2 h r = 4.96 m. r = 5.00 m.

En el RNE se tiene establecido las alturas entre tuberías de rebose, entrada, nivel máximo de agua y techo del reservorio, teniendo en cuenta lo estipulado en cuanto a estas alturas tenemos:   

Distancia vertical entre el techo del reservorio y la tubería de ingreso mayor a 0.20. El rebose se controlará mediante una artesa de CºAº con tope a 3.20 m. del fondo. La tubería de entrada se ubicará a una altura de 0.40 m. desde el nivel de espejo de agua.

8.3.0.0 REQUISITOS SANITARIOS Los sistemas de distribución de agua potable deben proyectarse garantizando la pureza y buen sabor de agua, por ello los reservorios deben reunir requisitos sanitarios a fin de garantizar la potabilidad de agua, entre los que podemos mencionar: 







Los reservorios de preferencia se localizarán a mayor elevación que las agua freáticas y en lugares donde las aguas de los escurrimientos superficiales y de drenes subterráneos se mantengan alejados, las medidas de previsión deben incluir la protección contra riesgos de salubridad derivados de factores locales, tales como niveles, calidad y movimiento de aguas freáticas características de los suelos, posibilidad de contaminación de aguas negras e invasión por inundaciones. Todos los reservorios serán protegidos de las inundaciones y contra los niveles máximos de crecientes de ríos, lago, u otras masas de agua, en lo posible deben crecientes máximos, la estructura y sus obras complementarias deben ser construcciones de cierre hermético. Alrededor del reservorio la superficie del terreno debe conformarse de manera apropiada para desviar del reservorio los escurrimientos superficiales, con pendiente suficiente para evitar el estancamiento de aguas en la cercanía del reservorio. Cualquier tubería del reservorio para las excedencias de agua, purga o lavado deben descargar libremente con su boca de salida hacia abajo y se protegerán con bastidores removibles de

49

UNA-PUNO Escuela Profesional de Ing. Civil. agua y Alcantarillado











Guia y Apuntes del Curso de Abastecimiento de

mallas de alambre, para evitar la entrada de lluvia, polvo, aves pequeñas, insectos, roedores u otros agentes contaminantes. Todas las tuberías de alimentación y de descarga que se conectan a un reservorio deben encontrarse apoyadas y construídas en forma apropiada, se colocarán las bridas o collares necesarios para empotrarlas al vaciarse los muros asegurando la hermeticidad de la conexión. Todos los reservorios apoyados, elevados o cualquier otra estructura destinada al almacenamiento de agua debe tener un techo resistente o adecuado, deben ser herméticos, de materiales durables y construídos de tal forma que puedan drenarse fácilmente evitando que la contaminación alcance al agua almacenada. El área o superficie de los techos no debe ser empleado para ningún propósito en el que se de la posibilidad de la presencia de sustancias contaminantes. Los techos de reservorios deberán contar con ingresos de inspección las que se construirán con un pasamento perimetral que sobresalga del nivel superior del techo y que permita el libre acceso de un hombre. Todas las ventilaciones la misma que las aberturas de los techos para la instalación de aparatos de control de nivel o para otros propósitos deben construirse en forma que no permita el ingreso de polvo, lluvia, insectos o cualquier otro material que pueda originar contaminación. Se debe establecer que los tanques o reservorios de almacenamiento deben operar en todo el tiempo con el objetivo primordial de mantener la más adecuada calidad sanitaria del agua.

8.4.0.0 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL El RNE y las normas ACI contienen consideraciones generales para el diseño de concreto armado las cuales también son válidos para el diseño de reservorios, adicionalmente a estas consideraciones deberá de tomarse en cuenta los criterios específicos para este tipo de estructuras. Se debe de tener especial cuidado en el control de grietas en este tipo de estructuras, su resistencia, duración e impermeabilidad son también exigencias importantes para garantizar la potabilidad del liquido almacenado. Se garantizará su hermetismo, controlando el fisuramiento del concreto, ubicando, diseñando y detallando juntas, distribuyendo convenientemente el acero de refuerzo, etc. Para el diseño algunos autores recomiendan emplear el método elástico. De este modo controlar directamente el esfuerzo de trabajo del acero manteniéndolo en limites que no agudicen el agrietamiento del concreto. Sin embargo el ACI recomienda tanto el método de diseño a la rotura como el método elástico, presentando algunos criterios a ser tomados en cuenta en este tipo de estructuras. En el presente curso no desarrollaremos el calculo estructural del reservorio por ser materia de otro curso. NOTA: El estudiante contrastara la norma OS.030 y plasmara en su trabajo práctico a fin de afianzarse con la norma.

50