Diseño de Sistema de Acueducto - Proyecto Completo

 

 

1 

DISEÑO DE SISTEMA DE ACUEDUCTO 

Presentado a  Ing. Daniel Antonio Agudelo Quigua

Grupo 03 Subgrupo 01 Caudal de diseño:

 /

 

Presentado por  Eliécer Abril Ortiz - 02215351  Nicolás Andrés Chaves González - 25422666  Luz Ángela Segura González - 25422848   Maximiliano Vargas Cortés - 02215218 

Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá - Facultad de Ingeniería  Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola  Bogotá D.C.  28 de noviembre de 2017

 

 

Contenido

1

CAUDALES DOTACIONES Y POBLACIONES ................................. ................................................. ................................. .................................9 ................9

1.1

Caudales futuros................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ..............................9 .............9

1.2

Dotación unitaria inicial y futura .................................. .................................................. ................................. ................................. .....................9 .....9

1.3

Población inicial y futura ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ...................9 ..9 2 

2

1.4 Caudales iniciales ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ............................10 ...........10 DISEÑO DE CAPTACIÓN ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .........................11 ........11 2.1

Captación de fondo .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .......................11 ......11

2.1.1

3

2.2

Datos, cálculos y análisis............................. análisis.............................................. ................................. ................................. ................................... ....................12 ..12

2.3

Conclusiones y recomendaciones recomendaciones de diseño ............................... ................................................ ................................... ....................12 ..12

DISEÑO DE ADUCCIÓN ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ............................15 ...........15 3.1

4

Tubería a presión ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................15 ...........15

3.1.1

Pendiente ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. ...............................15 ..............15

3.1.2

Diámetro...................................................................................................................15

3.1.3

Velocidad .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. ...............................16 ..............16

3.1.4

Número de Reynold´s .................................. .................................................. .................................. .................................. ...........................16 ...........16

3.1.5

Pérdidas de energía ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................17 17

3.2

Canal trapezoidal con sección hidráulicamente óptima ............................... ................................................ ....................18 ...18

3.3

Canal trapezoidal con pendiente fija ................................. ................................................. ................................. ...............................20 ..............20

3.4

Tubería a flujo libre .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .......................21 ......21

DISEÑO DESARENADOR................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .........................24 ........24 4.1

Condiciones de la tubería de entrada ............................... ................................................ .................................. ...............................24 ..............24

4.2

Condiciones de diseño................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. ....................24 ..24

4.3 4.4

Zona de sedimentación ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................24 24 Zona de Salida .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. ...............................27 ..............27

4.4.1

Vertedero de salida ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................27 27

4.4.2

Pantalla de salida ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. ....................27 ..27

4.5

Zona de entrada ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ............................28 ...........28

4.5.1

Cámara de aquietamiento ................................. ................................................. ................................. ................................. ......................28 ......28

4.5.2

Vertedero tubería a flujo libre ................................ ................................................. ................................. ................................. .................28 28

4.5.3

Vertedero tubería a presión ................................ ................................................. .................................. ................................. ...................29 ...29

4.5.4

Pantalla de entrada ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................30 30

4.6 5

Información previa ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. .................11 11

Zona de lodos ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................31 31

DISEÑO CONDUCCIÓN CONDUCCIÓN ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................33 ...........33

 

  5.1

Tubería a presión ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................33 ...........33

5.1.1

Pendientes Pendientes ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ...............................33 ..............33

5.1.2

Diámetros ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. ...............................34 ..............34

5.1.3

Velocidades Velocidades ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................34 ...........34

5.1.4

Número de Reynold´s .................................. .................................................. .................................. .................................. ...........................35 ...........35 3 

6

5.1.5 5.1.6

Pérdidas de energía ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................35 35 Línea de energía .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ....................36 ..36

5.1.7

Análisis de cavitación................................... .................................................. .................................. .................................. ...........................37 ...........37

5.1.8

Características Características físicas y accesorios de la conducción forzada ................................. ...................................38 ..38

5.1.9

Golpe de Ariete................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................39 ......39

5.1.10

Codos y anclajes .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ....................41 ..41

5.2

Canal trapezoidal con sección hidráulicamente óptima ............................... ................................................ ....................43 ...43

5.3

Tubería a flujo libre .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .......................44 ......44

COAGULACIÓN Y ESTRUCTURA DE COAGULACIÓN ................................. ................................................. ................................. .................45 45 6.1

Cámara de disipación de energía.................................. .................................................. ................................. ................................. ...................45 ...45

6.1.1

Tiempo de retención ............................... ................................................ ................................... .................................. ..............................45 ..............45

6.1.2

Volumen ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................45 45

6.1.3

Velocidad media de ascenso................................ ascenso................................................. .................................. ................................. ...................46 ...46

6.1.4

Área superficial ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................46 ......46

6.1.5

Profundidad útil ............................... ................................................ .................................. .................................. ................................. ......................46 ......46

6.1.6

Dimensionamiento de los lados de la cámara de energía................................. energía.........................................46 ........46

6.2

Canaleta Parshall ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................47 ...........47

6.3

Procedimiento Procedimiento de diseño Canaleta Parshall Modifica ................................ ................................................ ......................50 ......50

6.3.1

Escoger la canaleta a partir del caudal de diseño mediante tablas ..........................50 ..........................50

6.3.2 ingles

Obtener la ecuación del caudal para la canaleta elegida, en unidades del sistema 50

6.3.3

Escoger el ancho del canal del resalto B .................................. .................................................. ................................. .................50 50

6.3.4

Fijar el número de Froude en la sección “1” del d el resalto ............... ............................... ............................50 ............50

6.3.5

Calcular la altura de la lámina de agua en “1” ................ ................................. .................................. .........................50 ........50

6.3.6

Velocidad media del agua en la sección “1” ................. .................................. ................................. ...........................50 ...........50

6.3.7

Altura de la lámina de agua en la sección “2” ............... ............................... ................................. ............................51 ...........51

6.3.8

Velocidad media en la sección “2”............... “2” ............................... ................................. .................................. ............................51 ...........51

6.3.9

Longitud del resalto ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................51 51

6.3.10

Velocidad media del agua en el resalto ............................... ................................................ ................................... ....................52 ..52

6.3.11

Tiempo promedio ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................52 ..52

 

  6.3.12

Longitud del canal del resalto ................................. ................................................. ................................. .................................. .................52 52

6.3.13

Pérdidas de energía ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................52 52

6.3.14

Gradiente promedio de velocidad en el resalto ................................. ................................................. ......................52 ......52

6.3.15

Altura del vertedero de control ................................. ................................................. ................................. ...............................52 ..............52

6.3.16

Verificar el caudal sobre el vertedero ................................ ................................................. .................................. ......................53 .....53 4 

6.3.17 6.3.18

Calcular la altura altura de agua en el tubo lateral .................................. .................................................. ...........................54 ...........54 Velocidad media del agua en el inicio................................ ................................................. .................................. ......................54 .....54

6.3.19

Radio hidráulico ............................... ................................................ .................................. .................................. ................................. ......................54 ......54

6.3.20

Pendiente de la línea línea de energía en la zona de la rampa.......................................... rampa..........................................54 54

6.3.21

Calcular el ángulo de inclinación de la rampa rampa ............................... ................................................ ............................54 ...........54

6.3.22

Altura de la rampa ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................55 55

6.3.23

Longitud de la rampa ............................... ................................................ ................................... .................................. ..............................55 ..............55

6.4

7

6.4.1

Calcular la altura del nivel máximo ................................. .................................................. .................................. .........................56 ........56

6.4.2

Dimensiones del canal ................................. .................................................. .................................. ................................. ...........................56 ...........56

FLOCULACIÓN Y FLOCULADOR ................................. ................................................. .................................. .................................. ..............................59 ..............59 7.1

Floculador tipo l ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ...............................59 ..............59

7.1.1

Sector 3..................................... 3..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................59 ..............59

7.1.2

Sector 2..................................... 2..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................62 ..............62

7.1.3

Sector 1..................................... 1..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................64 ..............64

7.1.4

Número de Camp ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................65 ..65

7.2

Floculador tipo ll ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ............................66 ...........66

7.2.1

Sector 3..................................... 3..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................66 ..............66

7.2.2

Sector 2..................................... 2..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................67 ..............67

7.2.3 7.2.4

Sector 1..................................... 1..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................69 ..............69 Número de Camp ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................70 ..70

7.3

8

Canal entre Coagulación y Floculación ................................. ................................................. ................................. ............................56 ...........56

Floculador tipo lll ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................70 ...........70

7.3.1

Sector 3..................................... 3..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................70 ..............70

7.3.2

Sector 2..................................... 2..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................72 ..............72

7.3.3

Sector 1..................................... 1..................................................... ................................. ................................. ................................. ...............................73 ..............73

7.3.4

Número de Camp ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................74 ..74

7.4

Canal de salida.................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. ...............................75 ..............75

7.5

Resumen de diseño .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .......................76 ......76

SEDIMENTACIÓN Y SEDIMENTADOR ................................. ................................................. ................................. ................................. ......................77 ......77 8.1

Zona de entrada ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ............................78 ...........78

 

  8.1.1

Distancia de la pared al tabique de entrada .................................. .................................................. ...........................78 ...........78

8.1.2

Velocidad de paso para orificios del tabique ................................. ................................................. ...........................78 ...........78

8.1.3

Área total de orificios del tabique ............................... ................................................ .................................. ............................78 ...........78

8.1.4

Forma y tamaño de orificios del tabique ................................. ................................................. ................................. .................78 78

8.1.5

Área de cada orificio del tabique .................................. .................................................. ................................. ............................78 ...........78

8.1.6 8.1.7

Número de orificios en el tabique ............................... ................................................ .................................. ............................78 ...........78 Verificación del gradiente de paso a través de los orificios ................................. ......................................79 .....79

8.1.8

Orificio canal del floculador a zona de entrada sedimentador ................................. .................................80 80

5 

8.2

8.2.1

Tasa de sedimentación ............................... ................................................. ................................... ................................. ...........................81 ...........81

8.2.2

Área superficial ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................81 ......81

8.2.3

Velocidad longitudinal ................................. .................................................. .................................. ................................. ...........................81 ...........81

8.2.4

Profundidad útil ............................... ................................................ .................................. .................................. ................................. ......................81 ......81

8.2.5

Altura del tabique ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................81 ..81

8.2.6

Distribución de orificios en el tabique ............................... ............................................... .................................. .......................81 .....81

8.2.7

Tiempo de retención medio ................................ ................................................. .................................. ................................. ...................82 ...82

8.2.8

Ancho del sedimentador ............................... ................................................ .................................. .................................. .........................82 ........82

8.2.9

Longitud útil del sedimentador............................ sedimentador............................................. ................................. ................................. ....................83 ...83

8.2.10

Verificación relaciones geométricas ............................... ................................................ .................................. .........................83 ........83

8.3

Zona de salida ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................83 83

8.3.1

Longitud de vertedero de salida necesaria ................................. ................................................. ..............................83 ..............83

8.3.2

Altura lámina de agua en el vertedero ................................. ................................................. .................................. ....................84 ..84

8.3.3

Ancho de la canaleta, largo y altura lámina de agua. ................................. ...............................................85 ..............85

8.4

9

Zona de sedimentación ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................80 80

Zona de lodos ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................85 85

8.4.1 8.4.2

Volumen de lodos ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................85 ..85 Pendiente del fondo del sedimentador ............................... ................................................ ................................... ....................85 ..85

8.4.3

Profundidad adicional del sedimentador................................. ................................................. ................................. .................85 85

8.4.4

Tolva de lodos............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. .........................86 ........86

FILTRACIÓN Y FILTROS ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................87 ...........87 9.1

Canal de entrada y distribución ................................. ................................................. ................................. ................................. ......................87 ......87

9.2

Número de filtros ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. ............................87 ...........87

9.3

Área de un filtro ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ............................87 ...........87

9.4

Dimensiones de los filtros ............................... ................................................ ................................... .................................. ..............................87 ..............87

9.5

Granulometría y espesor de los lechos filtrantes .................................. .................................................. ...........................88 ...........88

9.5.1

Entremezcla ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ............................88 ...........88

 

  9.6

Granulometría y espesor de grava ................................. ................................................. ................................. .................................. .................89 89

9.7

Velocidad mínima de fluidización ................................ ................................................. .................................. ................................. ...................89 ...89

9.7.1

Número de Galileo................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................89 89

9.7.2

Grava .................................. ................................................... .................................. ................................. ................................. ................................. ...................90 ...90

9.7.3

Arena .................................. ................................................... .................................. ................................. ................................. ................................. ...................90 ...90 6 

9.7.4 Antracita ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................................. .................90 90 9.8 Velocidad de lavado ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................90 ......90 9.9

Sistema de drenaje ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. .........................90 ........90

9.9.1

Área de los orificios ............................... ................................................ .................................. ................................. ................................. .................90 90

9.9.2

Caudal por cada orificio .................................. .................................................. ................................. .................................. .........................91 ........91

9.9.3

Numero de orificios por vigueta ............................... ................................................ .................................. ...............................91 ..............91

9.10

Canaleta de lavado ............................... ................................................ .................................. .................................. .................................. .........................91 ........91

9.11

Niveles y tasas de infiltración infiltración durante durante la operación normal normal ............................... .............................................91 ..............91

9.11.1

Cálculo del coeficiente de perdidas turbulentas KT ................................. .................................................. .................91 91

9.11.2

Calcular el valor de KL ................. .................................. ................................. .................................. .................................. ...........................92 ...........92

9.11.3

Método de cálculo de Luiz Di Bernardo ............................... ................................................ ................................... ....................92 ..92

9.12

Pérdida de carga carga por por el lavado .................................. .................................................. ................................. ................................. ......................92 ......92

9.13

Expansión ............................... ................................................. ................................... ................................. ................................. ................................. ......................92 ......92

9.14

Recomendaciones Recomendaciones ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .........................94 ........94

10

DESINFECCIÓN DESINFECCIÓN ............................... ................................................. ................................... ................................. ................................. ................................. ...................95 ...95

 

10.1

Dosis de desinfectante ............................... ................................................ .................................. ................................. .................................. ....................95 ..95

10.2

Flujo de masa

10.3

Cálculo de número de de tanques tanques .................................. .................................................. ................................. ................................. ......................95 ......95

10.4

Flujo de aplicación ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .........................96 ........96

10.5 10.6

Cálculo de número de tanques tanques de almacenamiento almacenamiento ............................... ................................................ .........................96 ........96 Cálculo del volumen para el el tanque tanque de de desinfección ................................. ................................................. ......................96 ......96

10.7

Dimensionamiento del tanque .................................. .................................................. ................................. ................................. ......................97 ......97

10.8

Resumen de diseño .................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .......................98 ......98

11

............................... ............... ................................. .................................. ................................. ................................. ...............................95 ..............95

TANQUES DE ALMACENAMIENTO ................................. ................................................. ................................. ................................. ......................99 ......99

11.1

Cálculo de volumen para compensar compensar la variación de consumo ............................... ........................................99 .........99

11.2

Número de hidrantes para incendios ............................... ................................................ .................................. ...............................99 ..............99

11.3

Tiempo de duración del incendio ................................ ................................................. .................................. ................................. ...................99 ...99

11.4

Volumen necesario para incendio ............................... ................................................ .................................. ................................. ...................99 ...99

11.5

Volumen total de tanque............................ tanque............................................. ................................. .................................. .................................. .................100 .100

11.6

Profundidad total del tanque ................................. ................................................. ................................. .................................. .......................100 ......100

 

  11.7

Borde libre .................................. ................................................... .................................. ................................. ................................. ................................. .................100 .100

11.8

Profundidad útil del tanque................................. .................................................. .................................. ................................. .........................100 .........100

11.9

Área superficial del tanque.................................. .................................................. .................................. .................................. .........................101 .........101

11.10

Dimensionamiento del tanque ................................ ................................................. .................................. ................................. .................101 .101

11.11

Diámetro del desagüe ............................... ................................................ .................................. ................................. ...............................101 ...............101

11.12 11.13

Longitud equivalente total ................................. ................................................. ................................. .................................. .......................101 ......101 Cálculo de coeficiente de descarga total ............................... ............................................... .................................. .....................102 ...102

11.14

Tiempo de desagüe ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. ..................102 102

11.15

Resumen de diseño ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. ..................102 102

7 

12

RED DE DISTRIBUCIÓN.................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. .....................104 ....104

13

CONCLUSIONES ................................. ................................................. ................................. .................................. ................................. ...............................108 ...............108

14

BIBLIOGRAFÍA ................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ................................. .................110 .110

15

Anexos ................................. ................................................. ................................. ................................. .................................. .................................. ............................110 ............110

Contenido tablas (RAS 2000) ..................................... Tabla 1 Nivel dede complejidad ..................................................... ................................. ................................. ...................10 ...10 Tabla 2 Resumen de resultados de diseño de captación ................................. ................................................. ................................. .................14 14 Tabla 3 Longitudes y cotas de línea de aducción.................................. .................................................. ................................. ............................15 ...........15 Tabla 4 características tubería ................................. ................................................. ................................. ................................. ................................. .......................16 ......16 Tabla 5 Características agua captada .................................. .................................................. .................................. .................................. ...........................16 ...........16 Tabla 6 Cabezas de posición, velocidad y presión línea aducción ................................... .................................................... .................17 17 Tabla 7 Características canal de sección trapezoidal ................................. .................................................. ................................. ......................19 ......19 Tabla 8 Diseño inicial del canal de aducción ............................... ................................................ .................................. ................................. ...................19 ...19 Tabla 9 Diseño del canal de aducción para un ancho de base igual a 1.00 m ............................... ..................................19 ...19 Tabla 10 Diseño final del canal trapezoidal de aducción ................................. ................................................. ................................. .................20 20 Tabla 11 Características geométricas .......................................... .......................................................... .................................. .................................. ...................20 ...20 Tabla 12 Pérdidas en un canal cerrado circular ................... .................................... ................................. ................................. ............................22 ...........22 Tabla 13 Resultados de las propiedades geométricas de los canales analizados para el tramo de aducción................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. .......................23 ......23 Tabla 14 Condiciones tubería entrada.................................... entrada.................................................... ................................. .................................. .........................24 ........24 Tabla 15 Características y condiciones de diseño................................. ................................................. ................................. ............................24 ...........24 Tabla 16 Cotas máximas y mínimas conducción....................... conducción........................................ .................................. ................................. ......................33 ......33 Tabla 17 Pendientes tramos conducción......................... conducción........................................... .................................. ................................. ...............................33 ..............33 Tabla 18 Especificaciones Especificaciones tubería ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................34 34 Tabla 19 Diámetros tramos conducción ..................... ....................................... .................................. ................................. ................................. ...................34 ...34 Tabla 20 Velocidades conducción ................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. .................35 35 Tabla 21 Número Re y clasificación del flujo en conducción ................................. ................................................. ...........................35 ...........35 Tabla 22 Pérdidas de energía por fricción, accesorios y totales en conducción ...... ....................... .........................36 ........36 Tabla 23 Valores línea de energía conducción ..................................... ..................................................... ................................. ............................37 ...........37 Tabla 24 Cabezas de presión conducción .................... ..................................... ................................. ................................. ................................. ...................37 ...37 Tabla 25 Valores de d e Pvapor y Patm ......................... .......................................... .................................. .................................. ................................. ......................37 ......37 Tabla 26 Diámetro de la válvula de purga .................................... .................................................... ................................. ................................. ...................38 ...38

 

  Tabla 27 Relación de módulos de elasticidad del agua y del material ma terial de la tubería .........................40 .........................40 Tabla 28 Análisis golpe de ariete ............................. .............................................. .................................. ................................. .................................. .......................41 .....41 Tabla 29 Pendientes que confluyen en codos ...................................... ...................................................... ................................. ............................42 ...........42 Tabla 30 Suma o diferencia de pendientes p endientes en codos ................................... ................................................... .................................. ....................42 ..42 Tabla 31 Combinaciones Combinaciones de codo recomendadas ..................................... ...................................................... ................................. ......................43 ......43 Tabla 32 Diseño inicial del canal de conducción........................................... conducción........................................................... ................................. ....................43 ...43 Tabla 33 Diseño del canal de conducción para un ancho de base igual a 0.10m .............................44 .............................44 8

Tabla 34 Diseño final del canal trapezoidal de aducción para un ancho de base igual a 0.30m .......44 Tabla 35 Resultados de las propiedades geométricas de los canales analizados para el tramo de conducción ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ................................. .................................. ....................44 ..44 Tabla 36. Parámetros iniciales de diseño. ............................................ ............................................................ ................................. ............................45 ...........45 Tabla 37. Resultados de los cálculos finales. .......................................... ........................................................... .................................. .........................47 ........47 Tabla 38. Dimensiones y capacidades de las canaletas Parshall para varios tipos de garganta, W (V. T. Chow). ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ................................. .......................49 ......49 Tabla 39. Ecuaciones para el cálculo del caudal que pasa por la canaleta según la lectura Ha, Parshall, para varios tipos de garganta, W (Ven Te Chow). ........................................ ........................................................ ................................. ....................50 ...50 Tabla 40. Resumen Diseño Canaleta Parshall Modificada. ................................. ................................................. ..............................55 ..............55 Tabla 41. Resultados iniciales para el canal entre la coagulación y floculación. ............................... ...............................57 57 Tabla 42. Resultados finales para el canal entre la coagulación y floculación. ................................. .................................57 57 Tabla 43 Resumen de diseño.............................. diseño............................................... ................................. ................................. .................................. ............................76 ...........76 Tabla iniciales de diseño .................................. ................................................... ................................. ................................. ................................. ......................77 ......77 Tabla 44 45 Condiciones Caudal unitario de trabajo ......................................... ........................ .................................. ................................. ......................84 ......84 Tabla 46: Granulometría, espesor y característica de lechos filtrantes. ............................... ...........................................88 ............88 Tabla 47: Valores recomendados para la arena y antracita an tracita .................................. .................................................. ...........................88 ...........88 Tabla 48: Granulometría de la grava. ............................................. ............................................................. ................................. .................................. .................89 89 Tabla 49. Tasas de infiltración ..................................... ..................................................... ................................. ................................. ................................. ....................92 ...92 Tabla 50: %expansión de la arena .................................... .................................................... ................................. .................................. ...............................93 ..............93 Tabla 51. % expansión de la antracita. ............................... ................................................. ................................... ................................. ...........................94 ...........94 Tabla 52 Relación flujo de masa máximo .................................. .................................................. ................................. ................................. ......................96 ......96 Tabla 53 Valores de d e K para eliminación de quiste Giardia por cloro libre para Log 3 .......................97 .......................97 Tabla 54 Resumen de diseño de desinfección................................ ................................................. ................................. ................................. .................98 98 Tabla 55 Número de hidrantes de acuerdo con número de habitantes y zona ................................ ................................99 99 Tabla 56 Constante K en función del volumen total ............................... ................................................ .................................. .......................100 ......100 Tabla de diseño de tanque de almacenamiento ................................. ................ .................................. .......................103 ......103 Tabla 57 58.Resumen Tablas resumen cálculo. ................................. ................ .................................. .................................. ................................. ...............................106 ...............106 Tabla 59. Tabla Resumen Cálculos. ............................... ................................................ .................................. ................................. ...............................107 ...............107

Contenido de ilustraciones

Ilustración 1 Ejemplo de captación ( tomado de http://www.centralhidroelectrica. http://www.ce ntralhidroelectrica.com/images/coan com/images/coanda.png) da.png) ................................. .................................................. .........................11 ........11 Ilustración 2 Esquema canal circular ........................................... ........................................................... .................................. .................................. ...................21 ...21 Ilustración 3 Esquema válvula de purga ....................................... ....................................................... ................................. ................................. ...................39 ...39 Ilustración 4 Como se deben sumar y restar pendientes ................................... ................................................... ..............................42 ..............42 Ilustración 5. Planta, elevación y dimensiones de una canaleta Parshall. Tomado de Ven te Chow. ................................. ................ .................................. .................................. .................................. .................................. ................................. ................................. ................................. ...................47 ...47 Ilustración 6. Longitud en términos de la profundidad secuente y2 de resaltos en canales horizontales (Ven Te Chow – Chow  –  Figura 15-4)................................... ................................................... .................................. ................................. ...................51 ...51

 

 

  Ilustración 7. Relaciones experimentales entre F, h/y1 y X/y2 para un vertedero de cresta delgada, según Forster y Skrinde (Ven Te Chow – Chow  –  Figura 15-11). ............................................. ............................................................. ......................53 ......53 Ilustración 8. Esquema planta-perfil de canaleta Parshall modificada. ...................... ...................................... ......................58 ......58 Ilustración 9 Distribución de orificios .................................... ..................................................... .................................. .................................. .........................82 ........82 Ilustración 10. 10. Vigueta en “V” invertida. .............. ............................... .................................. .................................. .................................. .........................90 ........90 Ilustración 11. Caudales en la red. ................................ ................................................. .................................. ................................. ...............................105 ...............105 9

 

1  CAUDALES DOTACIONES Y POBLACIONES 1.1  Caudales futuros 1.1 

40⁄   122 11, 3 21,5 ⁄ 30, 8   60⁄ 150⁄ℎ.⁄í  ≤≤250 ⁄ ℎ  . ⁄  í  1   ……….3 154,6⁄ℎ.⁄ í  ≤≤337⁄ℎ .⁄ í  337⁄ℎ .⁄ í 

Como condición de diseño se tiene un caudal máximo diario del futuro igual a:  

Para un período de diseño “t” de 30 años. Para encontrar el caudal medio diario del futuro -Qmdf-  y el caudal máximo horario del futuro -QMHF- se hace uso de las ecuaciones [1] y [2]. ……….[1]  ……….[1] 

……….[2]   ……….[2]

Los valores de los coeficientes K1 -coeficiente de consumo diario-  y K2 -coeficiente de consumo máximo horario- para un nivel de complejidad medio, según Reglamento Técnico del Sector de Agua Ag ua

Potable y Saneamiento Básico -RAS-, son:

   

Conociendo los valores de los coeficientes de consumo se obtiene Qmdf y QMHF    

 

1.2   Dotación unitaria inicial y futura 1.2

Se recomienda que la variación de la dotación unitaria inicial esté dentro del siguiente rango:  

Además, la tasa de crecimiento c recimiento “p”  debe  debe estar entre el 0,1% y el 1,0%. Para el cálculo de la dotación unitaria futura se hace uso de la ecuación [3].  

En ese sentido, el valor de la dotación unitaria futura estará en el rango:

Donde

 

 

1.3  Población inicial y futura 1.3 

Para el cálculo de la población futura se s e debe considerar la ecuación [4]. [4].  

 

 

    ⁄86400. . . . . 4 7897ℎ.   4360ℎ.  1   ………..5

 

Donde “Pf” es la población futura medida en habitantes y su valor es  es    

Para el cálculo de la población inicial se s e considera una tasa de crecimiento “q”  entre  entre el 2% y el 5%. Con la ecuación [5] se puede encontrar “Po”, población inicial.  inicial.   

El valor de la población inicial para una tasa de crecimiento del 2% es:  es:    

Conociendo la población inicial se verifica que se está trabajando con un nivel de complejidad medio, supuesto inicialmente, inicialmente, según la l a Tabla 1.  1. 

Tabla 1 Nivel de complejidad (RAS 2000)

1.4  Caudales iniciales 1.4  El caudal medio diario inicial -Qmdi- está en función de la población inicial “Po”  y   y de la dotación unitaria inicial inicial “Do” , teniendo en cuenta la ecuación [6].

⁄ . . . . . 6 86400 250 ⁄12,ℎ6.⁄í      1. . . . . .  7  2.. . . . .8 16,4⁄ 24,6⁄

 

Donde

 

 

Para hallar el caudal máximo diario inicial - QMDI- y el caudal máximo horario inicial - QMHI- se utilizan las ecuaciones [7] y [8] donde los valores de los coeficientes de consumo permanecen constantes respecto al cálculo de caudales futuros del numeral 1.  

 

Los caudales máximos iniciales obtenidos son:

 

 

10

 

 

 

2  DISEÑO DE CAPTACIÓN

Se pretende explicar de manera sencilla el procedimiento necesario para el diseño dis eño de una captación de fondo de rejilla de un acueducto, análisis de resultados, consideraciones y recomendaciones para 11

la construcción de dicha captación. Además, se consideran como objetivos principales del diseño: primero, conocer los elementos de una captación y su función dentro de dicha obra y segundo: diseñar la captación junto con todos sus elementos. Teniendo en cuenta la información previa suministrada por el análisis de población y caudales, se diseñó la captación de fondo dado que es el tipo de captación más común en el país. Este diseño se realizó para un periodo de 30 años, una población de 7897 habitantes h abitantes y un caudal diario del futuro de 40 L/s. En la memoria de cálculos se evidencia el procedimiento para el diseño. Los demás cálculos se presentan en la Tabla la  Tabla 2.  2. 

2.1  Captación de fondo 2.1  En la bocatoma de fondo, el agua es captada a través de una rejilla, ubicada en la parte superior de un río o presa, que va direccionada en el sentido de la corriente. El ancho de la presa puede ser igual o menor al ancho del río.

de http://www.centralhidroelectrica.com/images/coanda.png)  http://www.centralhidroelectrica.com/images/coanda.png)   Ilustración 1 Ejemplo de captación ( tomado de

Las bocatomas permiten tomar agua en cantidades constantes, sin grandes partículas de material solido presente en la corriente que puedan llegar a dañar las demás estructuras del acueducto. Además de proteger el sistema de crecientes extraordinarias. Información previa 2.1.1.1   Período de diseño 2.1.1.1 El periodo de diseño del proyecto, incluyendo incluyendo el de la captación es de 30 años a partir de la fecha.  fecha.  2.1.1   2.1.1

 

 

  2.1.1.2  Población de diseño 2.1.1.2  La población de diseño estimada, con base en el procedimiento descrito en el capítulo anterior, es de 7897 habitantes. habitantes.   2.1.1.3  Caudal de diseño 2.1.1.3  El caudal máximo diario para el año 2047 es de 40 L/s. Aumentado en 2 veces es decir un caudal de diseño de 80 L/s.  L/s.  2.1.1.4  Aforo de río Se estimó que el río en tiempo seco lleva un caudal de 70 caudal máximo es de 1 .

m⁄s

2.1.1.5  Ancho del río 2.1.1.5  El ancho del río en el lugar de captación es de 3

2.2   Datos cálculos y análisis 2.2

m

L ⁄s

, el caudal medio de 0,5

m  ⁄s

12 

 y el

.

En la memoria de cálculos presentada en los anexos se explica detalladamente los cálculos para el diseño de la captación. En la Tabla la Tabla 2 se muestra un resumen de los datos calculados, datos con los que se construirá la captación. En esta tabla se evidencia que la diferencia entre el caudal de diseño de la tubería a presión y a flujo libre son pequeñas, por lo que las dimensiones de la captación son las mismas. Esto quiere decir, que independientemente independientemente del tipo de aducción que se escoja, las dimensiones serán las mismas. Se descarta la construcción del canal trapezoidal, ya que sus dimensiones resultarían muy costosas para el proyecto -ancho de canal mínimo de 13m.

2.3  Conclusiones y recomendaciones de diseño 2.3  Se evidencia que, para un canal trapezoidal, el caudal de captación es mayor a los de la tubería ya que se tuvo en cuenta el caudal de infiltración en el transporte del flujo, esto conlleva a que las dimensiones de la captación sean de aproximadamente 14m de ancho, valor que es poco probable encontrar en el ancho de un río en el país -excepto ríos como el Amazonas-. Por esta razón se recomienda descartar la opción de construcción de un canal trapezoidal para la aducción con base en los análisis y resultados obtenidos en el diseño de la captación. Cualquier otro tipo de aducción contemplada dentro de este informe -tubería a presión pr esión o flujo librees recomendable para la aducción. Las dimensiones de los elementos de la captación se presentan dentro de los planos constructivos1. En resumen, el ancho de la captación es de 2,3m, con muros de contención de 1m de altura, una cámara de recolección de 1,5m X 1,5m -para tubería a presión y a flujo libre ya que las diferencias en el caudal de diseños son pequeñas.

1

 En estos planos no se presentan los correspondientes al canal trapezoidal, por las razones expuestas. expuestas.  

 

 

Valor supuest  o

 Ancho de la presa L (m)

Cal.

Valor recal.

Valor supuesto

Cal.

Valor recal.

Tubería a presión

Tubería sin presión

2.5

2.5

Valor supuesto

Cal.

Valor recal.

Canal trapezoidal 13 

13

CAPTACION 0.08

Caudal de diseño (m3/s)

0.082

1.6449

Diseño de la presa

Lámina de agua H (m)

0.0671

0.0684

0.1678

Longitud presa corregido L' (m)

2.4866

2.4863

12.966 4

Velocidad del agua al  pasar por la rejilla vr (m/s)

0.4793

0.4837

0.7558

Diseño de la rejilla y el canal de aducción

 Alcance filo superior Xs (m)

0.3487

0.3513

0.5151

 Alcance filo inferior Xi (m)

0.2158

0.2178

0.3474

 Ancho del canal aducción B (m)

0.4487

de

0.5

0.4513

0.5

0.6151

1

0.913

0.925

9.1383

9.6 0.190 4

Rejilla

0.8889

 Area neta An (m2) Velocidad entre barrotes vb (m/s) Separación entre barrotes a (m) Diámetro d los barrotes b (m)

0.1

0.925 0.0961

0.1

0.0987

0.2

0.05

0.05

0.05

0.0127

0.0127

0.0127

Longitud de rejilla Lr (m)

2.2293

2.3

2.2908

2.3

Numero de separaciones entre barrotes N

36,682

37

36,682

37

11.459 5 191,38 7

12 192

Niveles en el canal de aducción

Profundidad aguas abajo he (m) Longitud del canal Lc (m) Pendiente del canal de aducción i Profundidad aguas arriba ho (m) Borde libre bl (m)  Altura constructiva del canal de aducción aguas arriba Ho (m)  Altura constructiva del canal de aducción aguas abajo He (m)

0.1377

0.1402

0.6509

2.6

2.6

12.3

0.03

0.03 0.1725

0.03 0.1768

0.2

0.8152

0.2

0.2

0.3725

0.4

0.3768

0.4

1.0152

1.2

0.4505

0.5

0.4548

0.5

1.3842

1.4

 

  Velocidad del agua al final del canal ve (m/s)

1.1622

1.1727

2.5270

Diseño de la cámara de recolección

 Alcance filo superior Xs (m)

0.5912

0.5956

1.1374

 Alcance filo inferior Xi (m)

0.3634

0.3667

0.8420

 Ancho de la cámara de recolección Bc (m)

0.8912

1.5

0.8956

1.5

1.4374

3.5 14 

Cálculo de la altura de los muros de contención

Caudal máximo del río (m3/s)  Ancho de presa (m)

1

1

4

2.5

2.5

13

Lámina de agua sobre la rejilla Hmax (m)

0.3615

0.3615

1

0.3035

1

Cálculo del caudal de excesos

Caudal medio (m3/s) Lámina de agua sobre la rejilla Hmedio (m)

0.5

0.5 0.2278

2.5 0.2278

0.2219

Niveles en la cámara de recolección

H max cr (m)

0.3614

0.3614

0.3034

H medio cr (m) H cr (m)

0.2277 0.0671

0.2277 0.0683

0.2218 0.1678

Tabla 2 Resumen de resultados de diseño de captación

1

 

 

3  DISEÑO DE ADUCCIÓN

Para el diseño de la línea de aducción se eligieron tres alternativas alternativas -tubería a presión, tubería a flujo libre y canal trapezoidal sin revestimiento con sección hidráulicamente óptima-. Esta última alternativaa se diseñó con las condiciones requeridas de caudal no obstante la recomendación en el alternativ diseño de la captación.  captación. 

3.1   Tubería a presión 3.1 Para el diseño de la tubería a presión, en la línea de aducción, se eligió un trazado recto en planta y perfil desde la captación hasta el desarenador. La Tabla La  Tabla 3 muestra la longitud y cotas de esta primera línea.   línea. Características  Características  Longitud (m)  (m)  Cota Superior (msnm)  (msnm)  Cota Inferior (msnm)  (msnm) 

Aducción  Aducción  447   447 2330   2330 2322   2322

Tabla 3 Longitudes y cotas de línea de aducción

Pendiente En primer lugar, lugar, se estableció la pendiente de la línea de aducción mediante la ecuación [9] [9]   3.1.1 

Donde:   Donde:

     ……….9 0.018≈1.8%

 

 

Diámetro Estableciendo la ecuación de Manning -ecuación [10]- para el caso de tuberías se puede hallar el diámetro de la tubería que se quiere diseñar.  diseñar.  3.1.2  3.1.2 

 

  1ℎ ………. .10 /    4    4  4        4          ……….1 

En términos del caudal y para el caso de tuberías se s e tiene:  tiene: 

 

Despejando el diámetro “D” , se obtiene la ecuación [11].  [11].  

 

Para el caso de la línea de aducción se tiene un caudal “ Q”  de  de 80 L/s -caudal mayorado 2.0 veces en la captación- y un coeficiente coeficiente de Manning “η” de 0.009.

15 

 

 

  0.218   218  ≈ 10′

 

La línea se diseñó para un diámetro de 10’’. Además, las tuberías son en PVC. Las características y referencias del material están relacionados en la Tabla la Tabla 4. 4.   Material  Material  Diámetro Nominal  Nominal  Diámetro Interno  Interno  Área RDE   RDE CH (Coef. Hazen)  Hazen)  η (Coef. Manning)  Manning)  Ks  Ks  Presión de trabajo  trabajo  Longitud comercial  comercial  Tipo unión  unión 

PVC  PVC  10’’   10’’ 232.59 mm  mm  0.0425 m2  13.5   13.5 150   150 0.009   0.009 0.0015 mm  mm  315 psi  psi  6 m  m  Unión Platino PVC  PVC 

Tabla 4 características tubería

Velocidad La velocidad en el conducto lleno se calcula mediante la ecuación [12]. 3.1.3  3.1.3 

   ………. 1.8 //12

 

 

Según el RAS, Título B, la velocidad en un conducto a presión para el control del crecimiento o el desprendimiento de biopelículas o depósitos inorgánicos debe ser mínimo 1.0 m/s y la velocidad máxima permitida para evitar sobrepresiones locales en una tubería de PVC debe ser de 5.0 m/s. La velocidad de Diseño del tramo de aducción se encuentra en el rango establecido. Número de Reynold´s Luego de comprobar que la velocidad en la línea está dentro de los rangos normativos se puede caracterizar caract erizar el flujo mediante el número de Reynold’s “Re”  La La Tabla  Tabla 5 muestra las características del agua que circula por la aducción.  aducción.  3.1.4   3.1.4

.

Temperatura  Temperatura  Viscosidad cinemática (ν)  (ν)  Partículas en suspensión

20°C  20°C  0.000001007 m2/s /s   Limos y arenas muy finas, D ≤ 0.05 mm.  mm. 

Tabla 5 Características agua captada

Así, conociendo los valores de viscosidad cinemática, velocidad en la línea de aducción y diámetro de la tubería, y haciendo uso de la ecuación [13] se puede calcular Re. 

  ……….13 434890  

El flujo según Re es Turbulento. 

 

16 

 

  Pérdidas de energía Las pérdidas de energía por fricción y por accesorios hacen que la línea de energía en la aducción caiga. Para el caso de las pérdidas por fricción se hace uso de la ecuación de H Hazen-Williams azen-Williams para el sistema internacional internacional de unidades, ecuación [14].  [14].   3.1.5  3.1.5 

.

 

ℎℎ 10ℎℎ.0.654.4.6991 1.≈ 4.6……….  1 4  9 ℎ  0.04 ℎ  0.19  ℎℎℎ………. ℎ  4.8  15   23 0   232   8  ′    ℎ  3.12 

Se debe recordar que CH es el coeficiente de pérdidas de Hazen y es adimensional, su valor para este diseño es de 150. Conociendo el diámetro, caudal y longitud se tiene que el valor de pérdidas por fricción es igual a:  a:   

Para el caso de las pérdidas por accesorios se consideran el 4% de las pérdidas por fricción, obteniendo el siguiente valor.  valor.    

Así, las pérdidas totales de energía se calculan según la ecuación [15].  [15].    

 

Estas pérdidas de energía se deben analizar considerando las cotas máxima y mínima de la línea de aducción, más específicamente el delta de dichas cotas. Ver Tabla Ver  Tabla 3.  3.   

El valor anterior es la altura total de agua. Considerando que las pérdidas de energía son menores a la altura total de agua se prescinde de uso de sistemas de bombeo para conducir el agua hasta el desarenador. La cabeza de energía neta al final de la aducción, es:  es:    

En el Anexo Plano C-2 se encuentra la línea de energía correspondiente a la línea de aducción, así como el perfil del terreno y la línea misma. La Tabla La  Tabla 6 muestra los valores de las cabezas de posición, velocidad y presión para el punto inicial y final de la línea. 2

Punto Inicial [A]   Punto Final [B]  [B] 

Z (m)  (m)  2330   2330 2322   2322

V2/2g (m)  (m)  0  0 

P/ϒ (m)  (m)  0  0 

Tabla 6 Cabezas de posición, velocidad y presión línea aducción

2 En

el anexo Plano Perfil Aducción el punto inicial es llamado A y el punto final es llamado B en la línea de aducción.

17 

 

 

3.2  Canal trapezoidal con sección hidráulicamente óptima 3.2 

0.040⁄

Se plantea la construcción de un canal trapezoidal sin revestimient revestimiento o en un suelo areno arcilloso, el  de agua con limos muy finos en suspensión y cuyo trazado es cual debe transportar muy sinuoso en el tramo de aducción y recto en el tramo de conducción. conducción.   Según el método de la Sección Hidráulicamente Óptima -SHO-, algunas características del canal como área “A”, perímetro mojado “Pm”, base del canal “b”, radio hidráulico “Rh”, ancho de base “T” están definidos con base en las siguiente s iguientess ecuaciones.  ecuaciones. 

 24    11   2……….   ……….1167 2  1 ……….2……….  1 8  1 9 2 2……….20   ……….21 íí  . ……….22

   

 

 

 

Las pérdidas ocasionadas por infiltración en el terreno durante el recorrido están determinadas como función del perímetro mojado “Pm”, la longitud del canal “L” y el coeficiente de pérdidas “I”. Ver ecuación [21]  [21]   

La velocidad mínima está determinada en función de la profundidad del canal y de un coeficiente que depende del tipo de material en suspensión en el agua, valores inferiores a este pueden ocasionar sedimentación. Según la siguiente ecuación.  ecuación.   

El Borde libre “bl”, que es la distancia entre la cota superior del canal y la cota del espejo de agua, cuya finalidad es evitar desbordamiento del canal en época de invierno cuando se transporten caudales mayores mayores al de diseño. Se calcula como sigue.  sigue.   Para caudales pequeños, el borde libre se puede deducir a partir de la expresión de Blair.  

  3 ……….23 0.6∗   ………. ……….24  

Para caudales superiores superiores a 600 l/s, el borde libre se puede deducir a partir de la expresión de Ven TTee Chow.   Chow.  

Para el diseño de un canal, antes se deben definir algunas de sus características geométricas con base en información del diseñador o con información disponible de investigadores o instituciones relacionadas. relaciona das. A continuación, se relacionan las características características o parámetros de diseño.

18 

 

 

  Longitud

Longitud

QMDF

n

m

I

C

Vmáx

[ l / s]

[adi m]

[adi m]

[m [ m^3/día m^2]

[adi m]

[m/s]

[m]

[m]

40

0.025

2

2.5

0.53

0.75

17497

158

aducción conducción

Tabla 7 Características canal de sección trapezoidal

Finalmente, para diseñar el canal, se tomó como guía el método de la velocidad máxima permitida. Finalmente, Este método establece establece que la magnitud de d e la velocidad máxima permitida depende del material en el cual sea excavado el canal. Cuando el trazado del canal es muy sinuoso la velocidad máxima permitida debe reducirse en un 25%.

  1 // ……….25

 

Ahora bien, para el caso de la aducción se consideró la velocidad “V” como la velocidad máxima “Vmáx Vmáx”” reducida en un 25% por la sinuosidad del trazado del canal. El caudal de diseño del canal de aducción es el caudal de diseño “QMDF” más el caudal de infiltración en el tramo de conducción y el caudal de infiltración en el tramo de aducción.  

.         ……….26

Con base en estas suposiciones, los resultados obtenidos para esta condición son: Caudal de i nfi l tración [m^3/s] 4.8418 Rh Dh [m] [m] 0.967 1.069

y [m] 1.934 bl [ m] 0.834

b [m] 0.913 Vmáx [ m/s] 0.750

Pm [m] 9.563 Vmín [m/s] 0.808

A [m^2] 9.249 Fr [adi m] 0.232

T [m] 8.650 So [adim] 0.0004

Tabla 8 Diseño inicial del canal de aducción

Para facilitar los procesos constructivos se tomó un valor de 1.00m para el fondo del canal. Se volvió a calcular las características del canal para esta nueva condición. Caudal de i nfi l tración [m^3/s] 5.3018 Rh Dh [m] [m] 1.059 1.171

y [m] 2.118 bl [m] 0.873

b [m] 1.000 Vmáx [m/s] 0.750

Pm [m] 10.472 Vmín [m/s] 0.857

A [m^2] 11.090 Fr [adi m] 0.221

T [m] 9.472 So [adim] 0.0003

Tabla 9 Diseño del canal de aducción para un ancho de base igual a 1.00 m

Para la condición supuesta de 1.00 m para el fondo del canal el valor de la velocidad mínima calculada supera el valor de la velocidad máxima permitida, luego se debe buscar una medida constructiva para el ancho del canal de tal manera que la velocidad mínima sea inferior a la velocidad máxima permitida.

19 

 

  Caudal de i nfi ltración [m^3/s] 1.5905 Rh Dh [m] [m] 0.318 0.351

y [m] 0.635 bl [m] 0.478

b [m] 0.300 Vmáx [m/s] 0.750

Pm [m] 3.142 Vmín [m/s] 0.396

A [m^2] 0.998 Fr [adi m] 0.404

T [m] 2.842 So [adim] 0.0016 20 

Tabla 10 Diseño final del canal trapezoidal de aducción

Para canales no revestidos la pendiente de fondo del canal no debería superar 0.1-0.2 por ciento, esto para evitar que en terrenos inclinados el agua corra demasiado deprisa y erosione el canal. Tanto en el diseño inicial como en el diseño definitivo del canal, la pendiente no supera la pendiente p endiente máxima del 0.2%, por lo cual es aceptable. En ambos diseños la condición de flujo es subcrítico, debido a que el número de Froude es menor a la unidad. Además, estos valores del número de Froude obtenidos están lejos del valor límite, por lo cual es aceptable a ceptable el diseño. Además, la velocidad mínima calculada para el diseño final es inferior a la velocidad máxima permitida. El diseño es coherente con la teoría y los parámetros de diseño establecidos.

3.3  Canal trapezoidal con pendiente fija 3.3  Las características características geométricas, del canal trapezoidal trapezoidal de pendiente pendiente fija, se encuentran en la siguiente tabla.   tabla. Q [m^3/s] 1.64

n (Manning) 0.025

m 2

b (m) 0.3

Yc (m) 0.516

Tabla 11 Características geométricas

Para este caso se asume una pendiente de 0.002 que equivale, equivale, en porcentaje, porcentaje, al 2%. Este valor está en el rango mencionado antes para canales no revestidos evitando erosión en el canal, debida a velocidadess altas en el flujo. velocidade Conociendo estas propiedades, se procede a calcular la profundidad normal del tirante de flujo, usando la ecuación de profundidad normal obtenida a partir de Manning. Ecuación [27].  [27]. 

√ √ ..   2√ √ 1  .. ……….27 .    1.64 √ √ 0.0 20.025 0.3 0.0.32 211 22 ..  

Reemplazando Reemplaz ando se obtiene.  obtiene. 

 

Luego de un proceso iterativo, iterativo, se obtiene la profundidad normal del flujo que es igual a:  a:  

  0.83 

 

 

  Conociendo la profundidad normal y la profundidad crítica se sabe que: que:  

>

 

Lo que hace que el flujo sea subcrítico. Sin embargo, se comprueba la velocidad del flujo en el canal para saber si se está en las condiciones adecuadas. Haciendo uso de la ecuación de Manning, se tiene:   tiene:

  1   ℎℎ   ………. 28         ℎℎ     2  √ √ 1………. 29

21 

 

Para aplicar esta ecuación ecuación primero se debe calcular el radio hidráulico del canal a partir del área y el perímetro mojado del mismo, así.  así.    

En ese sentido, se tiene:  tiene:  

ℎℎ 0.0.03.83 ℎ2 220.0.8384310.0.8311  0.23   0.0125   0.41   0.0 2   0.9 /

 

 

Conociendo el radio hidráulico, se calcula la velocidad del flujo.

 

 

Este valor de velocidad es aceptado. El valor mínimo de velocidad aceptado antes de que ssee genere sedimentación sediment ación es de 0.6 m/s. Así pues, queda diseñado el canal trapezoidal de pendiente fija. fija.  

3.4   Tubería a flujo libre 3.4

0.040⁄

Se plantea la construcción de un canal cerrado de sección circular, el cual debe transportar  de agua. Se supone que el material de revestimiento es concreto liso con un valor del coeficiente de rugosidad de Manning igual a 0.013, además que la velocidad del agua dentro del canal será igual a 2.0 m/s.

Ilustración 2 Esquema canal circular  

 

  Algunas características del canal como diámetro “d”, área “A”, perímetro mojado “Pm”, radio hidráulico “Rh” y ancho superficial s uperficial “T” están definidas con las siguientes ecuaciones.  ecuaciones. 

   ss8 in……….30 s1 1s  ins22in……….…………….….4 ……….31332

 

 

 

 

Las pérdidas ocasionadas por infiltración en las uniones del canal durante el recorrido están determinadas como función del diámetro del canal “d”, algunos valores de referencia están relacionados en la siguiente tabla. Diámetr Diá metro o (in) Pérdidas Pérdidas (l/s * km) 6 0.108 8 0.135 10 12 15 18 - 36

0.170 0.203 0.257 0.406

Tabla 12 Pérdidas en un canal cerrado circular

Finalmente, para el diseño del canal cerrado circular se inició el análisis con tuberías en concreto liso de 6, 8, y 10 pulgadas. La velocidad mínima dentro del canal no debe ser inferior a 0.6 m/s ni sobrepasar los 4 m/s, razón por la cual se decidió transportar el caudal a una velocidad de 2 m/s.

  1 // ……….34 .     é   é  ……….35  

Ahora bien, el caudal de diseño diseño del canal de aducción aducción es el caudal caudal de diseño -QMDF- más las pérdidas en el tramo de conducción y las pérdidas en el tramo de aducción. Ver ecuación [35].   Con base en estas suposiciones, los resultados obtenidos para esta condición se presentan en la siguiente tabla:

22 

 

 

23 

Tabla 13 Resultados de las propiedades geométricas de los canales analizados para el tramo de aducción

Para estos canales analizados se obtuvo que el diámetro más apropiado es el correspondiente a 8 pulgadas, debido a que es el menor diámetro que puede transportar el caudal calculado y el valor de la profundidad está lejos de la profundidad critica la cual es 0.938 d, profundidad a la cual el flujo deja de ser flujo sin presión y empieza a ser flujo a presión. Además, como esta profundidad está lejos de la crítica, el canal puede transportar más caudal.

 

 

4  DISEÑO DESARENADOR Para el diseño del desarenador se tienen en cuenta las condiciones descritas a continuación. Es importante mencionar que se van a diseñar dos desarenadores en paralelo y que funcionen con la mitad del caudal máximo diario futuro.

4.1   Condiciones de la tubería de entrada 4.1 La La Tabla  Tabla 14 muestra los valores de caudal en la tubería de entrada al desarenador y su diámetro. QMDF (L/s)  (L/s)  QMDF Desarenador (L/s)  (L/s)  Q máx. captación (L/s)  (L/s)  Q máx. captación Desarenador (L/s)  (L/s)  Diámetro tubería de entrada (pulg.) (pulg.)  

40 40   20 20   56 56   28 28   8 

Tabla 14 Condiciones tubería entrada

0,05

4.2  Condiciones de diseño 4.2 

87,5%

La remoción de partículas en el desarenador d esarenador es hasta de  de diámetro -arena muy fina- con un grado de remoción de  con buenos deflectores. La Tabla La Tabla 15 recopila otras características y condiciones del diseño. Diámetro de la partícula  partícula 

0.05 mm  mm 

Gravedad específica de la arena  arena  Temperatura del agua  agua  Viscosidad cinemática del agua  agua  Relación L/B desarenador  desarenador  Cota lámina entrada desar. Aducción a presión  presión  Cota lámina entrada desar. desar. Aducción abierta  abierta  

2.65   2.65 20 °C  °C  1.007x10-6 m2/s /s   4  2324.225 msnm  msnm  2054.007 msnm  msnm 

Tabla 15 Características y condiciones de diseño

Ahora bien, para el diseño del desarenador se tienen en cuenta cuatro zonas principales que se mencionan de acuerdo con el orden en el que se diseñan y en las cuales se van estableciendo las dimensiones necesarias para el correcto funcionamiento del desarenador. Estas zonas son de sedimentación, de salida, de entrada y de lodos. A continuación, se indican el diseño de cada una de ellas.

4.3   Zona de sedimentación 4.3 En primer lugar, se deben calcular los parámetros de sedimentación, iniciando con la velocidad de sedimentación de una partícula de diámetro 0.05 mm.

  181  ……….36 ::á íó,/, :::óí ,8,81/

 

Donde:

 

 

 

 

24 

 

 

: á    20°,/  0,0022/  ……….1,0 37       0,1 08 < 1,1,0 → 1, 50