Normas Emaap-q-Agua Potable 31-07-2007

PROGRAMA DE SANEAMIENTO AMBIENTAL PARA EL DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO

NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE PARA LA EMAAP-Q

QUITO, JULIO DE 2007

NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q

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INTRODUCCIÓN

Dentro del propósito de la EMAAP-Q de Fortalecer su Capacidad Institucional para lograr una gestión más eficiente de los servicios de agua potable y alcantarillado, una de las actividades considerada de fundamental importancia para mejorar la prestación de los servicios de agua potable es contar con una normatividad para el diseño de los sistemas de agua potable. El País no cuenta con Normas nacionales actualizadas, ni con instancias apropiadas de supervisión del sector agua potable y saneamiento, por lo cual se considera fundamental que la EMAAP-Q establezca su propio sistema de normatividad en agua potable y alcantarillado. El proceso de normalización para sistemas de agua potable ha sido concebido en dos fases: la Fase I, Diagnóstico, elaboración y asesoramiento para la aprobación de Normas de agua potable para la EMAAP-Q, con el fin de determinar la situación actual, elaborar y aprobar la nueva normatividad y la Fase II, Implementación y validación de los nuevos procedimientos, así como para la elaboración de guías de diseño específicas en temas prioritarios. Para ejecutar la Fase I que correspondió al “Diagnóstico, Elaboración y Asesoramiento para la Aprobación de Normas de Diseño de Sistemas de Agua Potable para la EMAAP-Q”, se contrató al Ingeniero Consultor Germán Torres Merchán, quien fue el encargado de realizar el diagnóstico, elaborar la propuesta de las Normas y asesorar el proceso de aprobación de las mismas por parte del Comité Técnico de Actualización de Normas de la EMAAP-Q creado para el efecto. El Comité Técnico de Actualización de Normas esta conformado por los siguientes funcionarios de la EMAAP-Q: -

Ing. Eduardo Gallegos C. Ing. Jorge Poveda N. Ing. Edgar Orellana A.

Gerente de Ingeniería (Presidente). Gerente de Operación y Mantenimiento. Director Ejecutivo PSA.

Para el proceso de revisión de la propuesta de Normas efectuada por el Consultor, El Comité nombro un Subcomité de Apoyo, integrado por los siguientes profesionales de la EMAAP-Q. -

Dr. Edgar Ayabaca Ing. Diego Abad Ing. Gonzalo Calisto Ing. Luis Guerrón Ing. Oscar Larrea Ing. Mario Manosalvas Ing. Jorge Ramírez

Igualmente, se contó con la colaboración de técnicos y funcionarios de las diferentes

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dependencias de la EMAAP-Q que tienen a su cargo la ejecución y supervisión de diseños de agua potable; a todos ellos se agradece su invaluable colaboración que permitió llevar a feliz termino el proyecto de la nueva Normatividad.

Ing. Germán Torres Merchán Quito, mayo 31 de 2007.

NOTA: El presente documento es una versión revisada y corregida por el personal técnico de la EMAAP-Q, del Informe Final de la consultoría “Diagnóstico, Elaboración y Asesoramiento para la Aprobación de Normas de Diseño de Sistemas de Agua Potable para la EMAAP-Q” presentado por el Ing. Germán Torres Merchán en mayo de 2007.

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EMAAP-Q NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE

ÍNDICE DE TÍTULOS Página

0.

INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL ...................... 3

1.

PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE ............................................................................................... 28

2.

ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA ...................... 55

3.

FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA ...................................................... 68

4.

CAPTACIONES ................................................................................................. 78

5.

CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ................................................. 95

6.

SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN .................................................................... 118

7.

REDES DE DISTRIBUCIÓN .............................................................................. 140

8.

ESTACIONES DE BOMBEO............................................................................. 163

9.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO ................................................................. 183

ANEXOS:

ANEXO No.1: ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA TRABAJOS DE GEODESIA, TOPOGRAFÍA, RESTITUCIÓN FOTOGRAMÉTRICA Y SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA SIG ANEXO No.2: PROYECCIONES DE POBLACIÓN

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ÍNDICE TOTAL Página

INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL ...................... 3

0.

0.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 3 0.1.1 Objeto ..................................................................................................................3 0.1.2 Alcance................................................................................................................3 0.1.3 Títulos que conforman las Normas......................................................................3 0.1.4 Relación con las Normas del ex-IEOS ................................................................4 0.1.5 Relación con otras Normas y Códigos ................................................................4 0.1.6 Sujeción a Planes de Desarrollo Territorial o Municipal ......................................5 0.1.7 Aplicación, divulgación y actualización de las Normas .......................................5 0.1.7.1 Aplicación y vigencia de las Normas.................................................................5 0.1.7.2 Divulgación y actualización de las Normas.......................................................5 0.1.7.3 Integrantes del Comité Técnico de Actualización de Normas...........................5 0.1.7.4 Funciones del Comité Técnico de Actualización de Normas ............................5 0.2

DEFINICIONES .................................................................................................. 6

0.3 REFERENCIACIÓN GENERAL ....................................................................... 20 0.3.1 Sistema de Unidades ........................................................................................20 0.3.2 Variables............................................................................................................22 0.3.3 Abreviaturas ......................................................................................................23 0.3.4 Normas Técnicas Ecuatorianas Referenciadas ................................................24 1.

PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE ............................................................................................... 28

1.1

PROCEDIMIENTO GENERAL ............................................................................ 28

1.2

DEFINICIÓN DE LAS ETAPAS QUE DEBE TENER UN PROYECTO Y ALCANCE DE CADA UNA DE ELLAS ................................................................................. 29 1.2.1 Generalidades y definiciones de las etapas ......................................................29 1.2.2 Alcance del Perfil del Proyecto..........................................................................31 1.2.3 Alcance de los Estudios de Prefactibilidad........................................................31 1.2.4 Alcance de los Estudios de Factibilidad ............................................................32 1.2.5 Alcance del Proyecto Definitivo .........................................................................34

1.3 PRESENTACIÓN DE LOS PROYECTOS ............................................................ 35 1.3.1 Perfil de proyecto...............................................................................................36 1.3.2 Prefactibilidad ....................................................................................................36 1.3.3 Factibilidad ........................................................................................................37 1.3.4 Proyecto definitivo .............................................................................................37 1.3.5 Planos ...............................................................................................................39 1.3.6 Escalas a utilizarse en los planos y dibujos ......................................................39 1.4 IDENTIFICACIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE PROYECTOS ...................................... 40 1.4.1 Descripción del Problema..................................................................................40 1.4.2 Determinación del Objetivo del Proyecto ..........................................................41 1.4.3 Cuantificación de la Demanda y/o Necesidades ...............................................41 1.4.4 Evaluación del Sistema Existente .....................................................................42 1.4.5 Justificación del Proyecto ..................................................................................42

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1.4.6 1.4.7 1.4.8

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Determinación de la Población Beneficiada ......................................................42 Priorización de Proyectos..................................................................................42 Determinación de actividades complementarias a la ejecución de un Proyecto de agua potable.................................................................................................43

1.5 ESTUDIOS GENERALES PREVIOS ................................................................... 43 1.5.1 Descripción de la zona del proyecto..................................................................43 1.5.2 Geología, Geotecnia y Riesgos.........................................................................43 1.5.3 Topografía .........................................................................................................44 1.5.4 Recursos Hídricos y Climatología .....................................................................44 1.5.5 Descripción de la Infraestructura Existente .......................................................44 1.5.6 Características Socioeconómicas .....................................................................45 1.5.7 Comunicaciones ................................................................................................45 1.5.8 Vías de Acceso..................................................................................................45 1.5.9 Disponibilidad de Mano de Obra y Equipos ......................................................45 1.5.10 Disponibilidad de Materiales de Construcción y Energía Eléctrica ...................45 1.5.11 Diseños estructurales ........................................................................................45 1.5.12 Definición Institucional de Responsabilidades. .................................................46 1.5.13 Participación Ciudadana y Consulta Previa ......................................................46 1.6 EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA ................................................................... 46 1.6.1 Análisis Costo - eficiencia..................................................................................46 1.6.2 Análisis de Costo Mínimo de Expansión de Capacidad ....................................47 1.6.3 Análisis beneficio-costo .....................................................................................47 1.7 ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL............................................................... 49 1.7.1 Marco Legal.......................................................................................................49 1.7.2 Propósito ...........................................................................................................49 1.7.3 Etapas de los Estudios de Impacto Ambiental (EsIA) .......................................50 1.7.4 Criterios y directrices de las EIA........................................................................50 1.8

CALIDADES Y REQUISITOS DE LOS PROFESIONALES QUE INTERVIENEN EN LOS ESTUDIOS, DISEÑOS Y SUPERVISIÓN ...................................................... 50 1.8.1 Calidad de los Diseñadores y de los Supervisores de Diseño ..........................50 1.8.2 Experiencia Específica de los Diseñadores y de los Supervisores o Revisores de Diseño. .........................................................................................................51 1.8.3 Grados de la Supervisión de diseños................................................................51

2.

ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA ...................... 55

2.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN Y SU DISTRIBUCIÓN ESPACIAL................... 55 2.1.1 Requisitos Básicos ............................................................................................55 2.1.1.1 Recopilación de información ...........................................................................55 2.1.1.2 Definición del área de influencia y unidades de distribución de la demanda ..55 2.1.1.3 Período horizonte de Diseño...........................................................................56 2.1.2 Estimación de la población actual, viviendas y establecimientos no residenciales......................................................................................................56 2.1.3 Proyección de la población futura, viviendas y establecimientos no residenciales......................................................................................................56 2.1.4 Distribución espacial actual y futura de la población, viviendas y establecimientos no residenciales.....................................................................57 2.2 EVALUACIÓN DE LA DOTACIÓN DE AGUA ...................................................... 57 2.2.1 Tipos y estadísticas de consumos de agua.......................................................57 2.2.2 Estimación de la dotación neta de agua............................................................59

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2.2.3 2.2.4

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Análisis de las pérdidas de agua en el sistema.................................................60 Estimación y proyección de la dotación bruta de agua .....................................61

2.3 PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA....................................................... 61 2.3.1 Demanda doméstica..........................................................................................61 2.3.2 Demanda no doméstica.....................................................................................61 2.3.3 Demanda total ...................................................................................................62 2.4 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA DE AGUA ................................... 62 2.4.1 Distribución espacial de la demanda doméstica ...............................................62 2.4.2 Distribución espacial de la demanda no doméstica ..........................................62 2.4.3 Distribución espacial de la demanda total .........................................................62 2.5 COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE LA DEMANDA ............................................ 62 2.5.1 Demanda máxima diaria....................................................................................62 2.5.2 Coeficiente de consumo máximo diario (k1) .....................................................63 2.5.3 Demanda máxima horaria .................................................................................63 2.5.4 Coeficiente de consumo máximo horario (k2) ...................................................63 2.5.5 Coeficiente de compensación ...........................................................................63 2.6

CAUDALES DE DISEÑO POR COMPONENTES DE SISTEMA DE AGUA POTABLE

......................................................................................................................... 64 2.6.1 2.6.2 2.6.4 2.6.5 2.6.6 2.6.7 3.

Caudal de diseño para captación ......................................................................64 Caudal de diseño de líneas de conducción.......................................................64 Caudal de diseño de líneas de transmisión.......................................................64 Caudal de diseño de redes de distribución .......................................................64 Caudal de diseño de las estaciones de bombeo...............................................65 Volúmenes de almacenamiento ........................................................................65

FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA ...................................................... 68

3.1 FUENTES DE AGUAS SUPERFICIALES ............................................................ 68 3.1.1 Estudios previos ................................................................................................68 3.1.2 Características de la fuente...............................................................................70 3.1.3 Embalses...........................................................................................................70 3.1.4 Manejo integral y protección de la cuenca hidrográfica ....................................72 3.2 FUENTES DE AGUA SUBTERRÁNEAS ............................................................. 73 3.2.1 Estudios previos ................................................................................................73 3.2.2 Características de la fuente...............................................................................74 3.2.3 Aspectos adicionales.........................................................................................75 4.

CAPTACIONES ................................................................................................. 78

4.1

GENERALIDADES............................................................................................. 78

4.2 CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL .......................................................... 78 4.2.1 Estudios Previos................................................................................................78 4.2.2 Condiciones generales ......................................................................................80 4.2.3 Parámetros de diseño .......................................................................................81 4.2.3.1 Período de diseño ...........................................................................................81 4.2.3.2 Capacidad de diseño ......................................................................................81 4.2.3.3 Velocidad de aproximación .............................................................................81 4.2.3.4 Orificios de captación......................................................................................82 4.2.3.5 Rejillas.............................................................................................................82

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4.2.4

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Desripiador y Desarenador................................................................................83

4.3 CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA ....................................................... 84 4.3.1 Estudios Previos................................................................................................84 4.3.2 Condiciones generales ......................................................................................85 4.3.3 Diseño de pozos................................................................................................86 4.3.3.1 Período de diseño ...........................................................................................86 4.3.3.2 Caudal de diseño ............................................................................................87 4.3.3.3 Pozos perforados profundos ...........................................................................87 4.3.3.4 Pozos someros excavados .............................................................................89 4.3.3.5 Abandono y sellado de pozos .........................................................................89 4.3.4 Galerías de filtración..........................................................................................90 4.3.4.1 Diseño de los componentes de la galería de filtración y aspectos constructivos ........................................................................................................................90 4.3.5 Tratamiento .......................................................................................................91 CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ................................................. 95

5.

5.1 ESTUDIOS PREVIOS ......................................................................................... 95 5.1.1 Concepción del proyecto ...................................................................................95 5.1.2 Aspectos de la franja de la conducción o línea de transmisión.........................95 5.1.3 Estudios cartográficos y topográficos................................................................96 5.1.4 Condiciones geológicas.....................................................................................96 5.1.5 Selección de ruta, análisis de interferencias y recomendaciones de trazado ...96 5.2 CONDICIONES Y PARÁMETROS DE DISEÑO GENERALES .............................. 97 5.2.1 Tipos de conducciones......................................................................................97 5.2.2 Análisis hidráulico..............................................................................................98 5.2.3 Facilidad de acceso...........................................................................................98 5.2.4 Vulnerabilidad y confiabilidad ............................................................................98 5.2.5 Período de diseño .............................................................................................98 5.2.6 Caudal de diseño...............................................................................................98 5.3

PARÁMETROS PARTICULARES DE DISEÑO PARA CONDUCCIONES A FLUJO LIBRE ............................................................................................................... 99 5.3.1 Métodos de cálculo hidráulico ...........................................................................99 5.3.2 Velocidad mínima ............................................................................................100 5.3.3 Velocidad máxima ...........................................................................................100 5.3.4 Pendiente mínima............................................................................................100 5.3.5 Pendiente máxima...........................................................................................101

5.4

PARÁMETROS PARTICULARES PARA DISEÑO DE CONDUCCIONES A PRESIÓN Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN........................................................................... 101 5.4.1 Condiciones Generales del diseño..................................................................101 5.4.2 Análisis Hidráulico ...........................................................................................102 5.4.3 Diseño Geométrico..........................................................................................106 5.4.4 Válvulas y Accesorios......................................................................................106 5.4.4.1 Válvula de aire ..............................................................................................106 5.4.4.2 Válvulas de purga .........................................................................................107 5.4.4.3 Válvulas de corte .............................................................................................108 5.4.5 Bocas de acceso .............................................................................................108 5.4.6 Elementos reductores de presión....................................................................108 5.4.7 Juntas de montaje ...........................................................................................108 5.4.8 Juntas de expansión........................................................................................109 5.4.9 Codos, tees, reducciones y otros ....................................................................109

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5.4.10 5.4.11 5.4.12 5.5

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Anclajes ...........................................................................................................109 Pasos especiales.............................................................................................109 Protección de la tubería...................................................................................110

ANÁLISIS EN CONDICIONES DE FLUJO NO PERMANENTE (GOLPE DE ARIETE)

....................................................................................................................... 110 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.5.6

Análisis del golpe de ariete..............................................................................110 Condiciones para el cálculo del golpe de ariete ..............................................111 Presiones máximas y esfuerzos a ser absorbidos ..........................................112 Presiones mínimas ..........................................................................................113 Métodos de cálculo del golpe de ariete ...........................................................113 Dispositivos de control para golpe de ariete....................................................114

SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN .................................................................... 118

6.

6.1 ASPECTOS DE CALIDAD DEL AGUA Y SU TRATABILIDAD ............................ 118 6.1.1 Calidad del agua cruda y grado de tratamiento requerido ..............................118 6.1.2 Requisitos de Calidad del Agua Tratada .........................................................119 6.1.3 Estudios de Tratabilidad ..................................................................................119 6.2

ASPECTOS GENERALES DE LOS PROYECTOS DE SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN ........................................................................................... 121 6.2.1 Procedimientos generales de los proyectos de potabilización ........................121 6.2.2 Procedimientos particulares previos................................................................121 6.2.2.1 Fase 1: Caracterización del Agua cruda .......................................................121 6.2.2.2 Fase 2: Estudios de conceptualización.........................................................121 6.2.2.3 Fase 3: Diseños definitivos ...........................................................................124

6.3

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE CADA PROCESO DE TRATAMIENTO ........................................................................ 124 6.3.1 Reserva de agua cruda ...................................................................................124 6.3.2 Coagulación – Mezcla Rápida.........................................................................125 6.3.3 Floculación Convencional................................................................................125 6.3.4 Sedimentación.................................................................................................125 6.3.5 Filtración Rápida..............................................................................................126 6.3.6 Filtración Lenta ................................................................................................126 6.3.7 Desinfección ....................................................................................................126 6.3.8 Pretratamiento para control de sabor y olor ....................................................129 6.3.9 Pretratamiento para desferrización y desmanganetización.............................129 6.3.10 Estabilización del agua....................................................................................129 6.3.11 Filtración directa ..............................................................................................130 6.3.12 Filtros a presión ...............................................................................................130 6.3.13 Tratamiento y manejo de lodos .......................................................................130

6.4

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE OBRAS ANEXAS Y COMPLEMENTARIAS A LAS PROCESOS ...................................... 131 6.4.1 Edificio de Operación (Casa de Químicos) .....................................................131 6.4.1.1 Elementos o ambientes que deben ser considerados ..................................131 6.4.1.2 Condiciones de Seguridad ............................................................................133 6.4.1.3 Equipo mínimo de laboratorio de análisis de calidad del agua .....................133 6.4.2 Sistemas de instrumentación y control............................................................134

7.

REDES DE DISTRIBUCIÓN .............................................................................. 140

7.1

ESTUDIOS PREVIOS ....................................................................................... 140

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7.1.1 7.1.2 7.1.3

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Concepción del proyecto .................................................................................140 Aspectos generales de la zona por abastecer ................................................141 Criterios sobre el trazado de la red de distribución .........................................142

7.2 CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO .............................................. 143 7.2.1 Planeamiento de la red de distribución ...........................................................143 7.2.2 Capacidad de la red ........................................................................................143 7.2.3 Sectorización del servicio ................................................................................144 7.2.4 Delimitación de zonas de presión....................................................................144 7.2.5 Trazado de la red ............................................................................................145 7.2.6 Interconexión de la red de distribución............................................................146 7.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ....................................................... 146 7.3.1 Período de diseño ...........................................................................................146 7.3.2 Caudal de diseño.............................................................................................146 7.3.3 Pérdidas de agua en la red de distribución .....................................................146 7.3.4 Materiales para las tuberías y accesorios de la red de distribución ................147 7.3.5 Presiones en la red de distribución .................................................................147 7.3.6 Dimensionamiento de las Tuberías .................................................................148 7.3.6.1 Programas para la realización del diseño .....................................................148 7.3.6.2 Métodos de cálculo .......................................................................................148 7.3.6.3 Límites de velocidades..................................................................................149 7.3.6.4 Diámetros mínimos de tubería ......................................................................149 7.3.6.5 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías ..................................................149 7.4 OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO ....................................................... 151 7.4.1 Distancias mínimas a otras redes ...................................................................151 7.4.2 Profundidades de las tuberías.........................................................................151 7.4.3 Análisis de interferencias.................................................................................152 7.5 VÁLVULAS, ACCESORIOS Y OTROS .............................................................. 152 7.5.1 Aspectos generales de las válvulas en redes de distribución .........................152 7.5.2 Hidrantes .........................................................................................................153 7.5.3 Conexiones domiciliarias.................................................................................154 7.5.4 Medidores domiciliarios (micromedidores) ......................................................157 7.5.5 Macromedidores..............................................................................................157 7.6 REFERENCIACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA RED (CATASTRO) .......... 157 7.6.1 Convenciones que deben utilizarse.................................................................157 7.6.2 Generalidades de referenciación de redes de agua potable...........................158 7.6.3 Sistemas de Información Geográfica ..............................................................160 8.

ESTACIONES DE BOMBEO............................................................................. 163

8.1 ESTUDIOS PREVIOS ....................................................................................... 163 8.1.1 Concepción del proyecto .................................................................................163 8.1.2 Análisis de costo mínimo.................................................................................163 8.1.3 Disponibilidad de energía ................................................................................164 8.1.4 Factibilidad de ampliación ...............................................................................164 8.1.5 Calidad del agua que va a ser bombeada.......................................................164 8.2 CONDICIONES GENERALES........................................................................... 164 8.2.1 Selección del sitio de emplazamiento. ............................................................165 8.2.2 Protección contra inundaciones ......................................................................165 8.2.3 Protección contra descargas atmosféricas......................................................165

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8.2.4 8.2.5 8.2.6 8.2.7

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Protección contra incendios ............................................................................166 Facilidad de mantenimiento.............................................................................166 Operación económica......................................................................................166 Restricción de acceso y seguridad..................................................................166

8.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ....................................................... 166 8.3.1 Período de diseño de las estaciones de bombeo............................................166 8.3.2 Caudal de diseño.............................................................................................167 8.3.3 Diseño de Estaciones de Bombeo ..................................................................167 8.3.4 Bombas ...........................................................................................................168 8.3.5 Análisis de flujo no permanente (golpe de ariete) ...........................................169 8.3.6 Válvulas y Accesorios......................................................................................169

8.4. SISTEMAS DE MEDICIÓN Y CONTROL...................................................... 177 8.4.1 8.4.2

Instrumentación ...............................................................................................177 Sala de control e integración con sistema SCADA .........................................177

8.5 INSTALACIONES COMPLEMENTARIAS .......................................................... 178 8.5.1 Instalaciones Eléctricas ...................................................................................178 8.5.2 Señalización ....................................................................................................178 8.5.3 Equipos de movilización ..................................................................................178 8.5.4 Aislamiento acústico........................................................................................179 8.5.5 Ventilación .......................................................................................................179 8.5.6 Drenaje de la estación.....................................................................................179 8.5.7 Accesos y escaleras........................................................................................179 8.5.8 Iluminación ......................................................................................................180 8.5.9 Instalaciones hidráulicas y sanitarias ..............................................................180 9.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO ................................................................. 183

9.1 CONSIDERACIONES GENERALES ................................................................. 183 9.1.1 Localización de tanques ..................................................................................183 9.1.2 Facilidades de mantenimiento.........................................................................183 9.1.3 Seguridad y restricción de acceso...................................................................184 9.2 ESTUDIOS PREVIOS ....................................................................................... 184 9.2.1 Concepción del proyecto .................................................................................184 9.2.2 Análisis de costo mínimo.................................................................................185 9.2.3 Estudio de la demanda y Curvas de demanda horaria ...................................186 9.2.4 Trazado de la red y delimitación de zonas de presión ....................................186 9.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ....................................................... 186 9.3.1 Período de diseño ...........................................................................................186 9.3.2 Número de tanques .........................................................................................187 9.3.3 Caudal de diseño.............................................................................................187 9.3.4 Volumen de diseño..........................................................................................187 9.4 PARÁMETROS DE DISEÑO PARA DISPOSITIVOS ANEXOS ............................ 187 9.4.1 Entrada de agua al tanque ..............................................................................187 9.4.2 Salida de agua del tanque...............................................................................188 9.4.3 Rebose ............................................................................................................188 9.4.4 Control de nivel................................................................................................189 9.4.5 Medición de caudal..........................................................................................189 9.4.6 Sistema de drenaje..........................................................................................189 9.4.7 Obras complementarias ..................................................................................189

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN

JULIO /07

INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL

1

NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN

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INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL

ÍNDICE Página

0.

INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL .......................3

0.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................3 0.1.1 Objeto ................................................................................................................. 3 0.1.2 Alcance ............................................................................................................... 3 0.1.3 Títulos que conforman las Normas ..................................................................... 3 0.1.4 Relación con las Normas del ex-IEOS................................................................ 4 0.1.5 Relación con otras Normas y Códigos................................................................ 4 0.1.6 Sujeción a Planes de Desarrollo Territorial o Municipal ..................................... 5 0.1.7 Aplicación, divulgación y actualización de las Normas....................................... 5 0.1.7.1 Aplicación y vigencia de las Normas ................................................................ 5 0.1.7.2 Divulgación y actualización de las Normas ...................................................... 5 0.1.7.3 Integrantes del Comité Técnico de Actualización de Normas .......................... 5 0.1.7.4 Funciones del Comité Técnico de Actualización de Normas ........................... 5 0.2

DEFINICIONES ...................................................................................................6

0.3 REFERENCIACIÓN GENERAL ........................................................................20 0.3.1 Sistema de Unidades........................................................................................ 20 0.3.2 Variables ........................................................................................................... 22 0.3.3 Abreviaturas...................................................................................................... 23 0.3.4 Normas Técnicas Ecuatorianas Referenciadas................................................ 24

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0.

INTRODUCCIÓN, DEFINICIONES Y REFERENCIACIÓN GENERAL

0.1

INTRODUCCIÓN

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0.1.1 Objeto Las presentes Normas tienen por objeto definir los requisitos técnicos obligatorios que deben cumplir los estudios y diseños de los diferentes componentes que conforman los Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable que administra y opera la EMAAP-Q, con el fin de garantizar que estos se realicen dentro de un marco técnico adecuado, de alta calidad y eficiencia, que produzcan obras seguras, durables, de funcionamiento adecuado, sostenibles en el tiempo y con unos costos que garanticen los mayores beneficios a la inversión prevista. 0.1.2 Alcance En estas Normas se estipulan los procedimientos generales que debe seguir un proyecto desde su identificación, pasando por su perfil, prefactibilidad, factibilidad y llegando a los diseños definitivos para construcción. Igualmente, se definen los procedimientos particulares, criterios y parámetros de diseño que deben ser tenidos en cuenta en los estudios y diseños de cada uno de los diferentes elementos que conforman los Sistemas de Abastecimiento de Agua Potable. El alcance de estas Normas es a nivel de toda la jurisdicción de la EMAAP-Q y se aplicarán para todo tipo de estudios, diseños y supervisión de diseños, que realice directamente la Empresa o que contrate con terceros. 0.1.3 Títulos que conforman las Normas Las Normas de Diseño de Sistemas de Agua Potable están conformadas por esta Introducción, que trata sobre las condiciones generales de aplicación de las Normas, las definiciones usadas y la referenciación general; y por los siguientes nueve (9) Títulos: - TÍTULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES A SER TOMADOS EN CUENTA EN EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE. - TÍTULO 2: ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA. - TÍTULO 3: FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. - TÍTULO 4: CAPTACIONES. - TÍTULO 5: CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN. - TÍTULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN. - TÍTULO 7: REDES DE DISTRIBUCIÓN

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- TÍTULO 8: ESTACIONES DE BOMBEO. - TÍTULO 9: TANQUES DE ALMACENAMIENTO 0.1.4 Relación con las Normas del ex-IEOS Estas Normas tienen como referencia las “NORMAS PARA ESTUDIO Y DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y DISPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA POBLACIONES MAYORES A 1.000 HABITANTES”, promulgadas en el año 1992 por el desaparecido Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias (IEOS); las cuales han sido actualizadas, complementadas y adecuadas a los requerimientos de la EMAAP-Q. La necesidad de poseer una normatividad más moderna, más específica y más adecuada al desarrollo tecnológico actual, han llevado a la EMAAP-Q a desarrollar y adoptar estas nuevas Normas, en su afán de seguir garantizando a sus usuarios un óptimo servicio de suministro de agua potable. Para lograr lo anterior, se han extractado de las Normas del IEOS los aspectos y criterios más importantes, otros conceptos se han adecuado a las necesidades particulares de la EMAAP-Q y se han complementado con aspectos derivados de la propia experiencia de la Empresa y de Normas internacionales de países con condiciones similares a las del Ecuador. 0.1.5 Relación con otras Normas y Códigos Las presentes Normas hacen referencia y se acogen plenamente a la reglamentación sobre calidad requerida para el agua potable, que tiene vigente el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN), y cuyo alcance es a nivel nacional. Esta reglamentación está contenida en la Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 1-108:2006. Igualmente, todo estudio o diseño de agua potable debe cumplir con las estipulaciones Ambientales contenidas en la siguiente normatividad: -

La Ley de Gestión Ambiental (R.O. No. 245 de 30/07/1999), establece los principios básicos y directrices de la política ambiental.

-

Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente, (R.O. 31 de marzo del 2003) Libro VI de la Calidad Ambiental, TULAS, que establece el alcance de los estudios de impacto ambiental; también establece el proceso que debe considerarse para garantizar la participación social y comunicación a la comunidad, así como normas de calidad ambiental (descarga de efluentes, recurso agua).

En lo que se refiere a Normas existentes obligatorias que deben cumplir los materiales de las tuberías para la conducción, transmisión y distribución de agua potable, se tienen: -

NTE INEN 1744 Tubos de polietileno para conducción de agua a presión. Requisitos.

-

NTE INEN 1373 Tubería plástica. Tubería de PVC rígido para presión. Requisitos.

Adicionalmente, el alcance de estas Normas no será en ningún caso inferior a lo definido por otras Legislaciones o Normas legales vigentes, que se apliquen a la prestación del servicio de abastecimiento de agua potable a nivel nacional.

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0.1.6 Sujeción a Planes de Desarrollo Territorial o Municipal El planeamiento y diseño de las obras del Sector de agua potable se deben llevar a cabo de acuerdo a lo establecido por la Municipalidad en el Plan General de Desarrollo Territorial, donde se definen las políticas de expansión urbana; además, se deben tener en cuenta los usos del suelo y las densidades de saturación definidas por la Dirección Metropolitana de Territorio y Vivienda. 0.1.7 Aplicación, divulgación y actualización de las Normas 0.1.7.1 Aplicación y vigencia de las Normas Estas Normas estarán vigentes desde que la Gerencia General de la EMAAP-Q las adopte oficialmente y su aplicación será inmediata. Tanto la Introducción como todo el contenido de los nueve (9) Títulos serán de obligatorio cumplimiento. Sin embargo, la EMAAP-Q podrá definir un periodo de transición donde la totalidad o una parte de los Títulos sean de aplicación paulatina. 0.1.7.2 Divulgación y actualización de las Normas Para la divulgación de las Normas la EMAAP-Q las publicará y las pondrá a disposición de los usuarios en su pagina Web; igualmente, realizará capacitaciones de difusión a nivel interno, para sus funcionarios, y a nivel externo, para los Consultores. Con el fin de mantener actualizadas las disposiciones contenidas en estas Normas, la EMAAP-Q creó el Comité Técnico de Actualización de Normas y definió sus integrantes y sus funciones. La actualización de las Normas se realizará como mínimo cada cuatro (4) años. Igualmente, cada vez que el Comité de Actualización de Normas lo estime conveniente se realizarán las actualizaciones en temas específicos. 0.1.7.3 Integrantes del Comité Técnico de Actualización de Normas El Comité Técnico de Actualización de Normas estará conformado por tres (3) miembros designados por el Gerente General, con participación de las dependencias de la EMAAP-Q, que tienen que ver con la ejecución o supervisión de diseños de Proyectos de agua potable. Cada uno de estos miembros podrá nombrar un suplente. Así mismo, el Comité nombrará tres Subcomités de apoyo técnico: Subcomité de agua potable, Subcomité de alcantarillado, y un Subcomité para otros aspectos que se requieran. Los integrantes de estos Subcomités serán escogidos según las especialidades que se deban tratar. 0.1.7.4 Funciones del Comité Técnico de Actualización de Normas Son funciones del Comité las siguientes:

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-

Aprobar en forma permanente la revisión, modificación y actualización de las Normas, ya sea de oficio o a solicitud de la parte interesada, previo estudio de la viabilidad y conveniencia para la Empresa de la petición.

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Recomendar al Gerente General la incorporación de nuevas Normas, correspondientes a métodos y tecnologías de punta, que estén suficientemente probadas.

-

Orientar y dirigir el proceso de divulgación de las Normas. Solicitar los recursos para capacitación que este programa requiera.

-

Aprobar y gestionar la ejecución de las guías de diseño complementarias a las Normas; así como la adquisición de software especializado y bibliografía técnica de apoyo para los funcionarios de la EMAAP-Q.

-

Nombrar los integrantes de cada Subcomité.

0.2

DEFINICIONES

Para la aplicación de las presentes Normas, se definen los siguientes conceptos: Ablandamiento: Remoción de la dureza (calcio y/o magnesio) del agua. Accesorios: Elementos componentes de un sistema de tuberías, diferentes de las tuberías en sí, tales como uniones, codos, tees, etc. Acuífero: Cuerpo formado por una roca o suelo saturado de agua y lo suficientemente permeable como para conducir agua subterránea y proporcionar caudales económicamente significativos. Acuífero artesiano o surgente: Es un acuífero confinado que contiene agua subterránea sometida a una presión lo suficientemente alta como para provocar descarga por pozos o manantiales. Acuífero confinado: Es un acuífero que se encuentra limitado superior e inferiormente por capas impermeables o por capas con una permeabilidad menor que la del acuífero; estos acuíferos contienen agua subterránea confinada. Acuíferos libres: Acuíferos en los cuales el nivel superior del manto de agua está sujeto a la presión atmosférica; se denomina también acuífero no confinado o freático. Aeración: Proceso en el que se produce un contacto entre el agua y una atmósfera, que puede ser natural o creada, con el objetivo de oxigenar el agua o de excluir de ella gases o sustancias volátiles. Agua cruda: Es el agua que se encuentra en la naturaleza y que no ha recibido ningún tratamiento para modificar sus características físicas, químicas, radiológicas, biológicas o microbiológicas. Agua potable: Es el agua que reúne los requisitos que la hacen apta para el consumo humano, debe estar exenta de organismos capaces de provocar enfermedades y de elementos o substancias que puedan producir efectos fisiológicos perjudiciales, y debe cumplir con los

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requisitos de definen estas Normas, en el Titulo 6 – Potabilización. Agua subterránea: Agua subsuperficial que se encuentra en la zona de saturación. Incluye cursos de agua subterránea. Aireador: Dispositivo o equipo que permite transferir oxigeno al agua o remover gases indeseables del agua. Alcalinidad: Capacidad del agua para neutralizar a los ácidos. Esta capacidad se origina en el contenido de carbonatos (CO3-CO2), bicarbonatos (HCO3-) e hidróxidos (OH-). La alcalinidad se expresa en miligramos por litro de equivalente de carbonato de calcio (CaCO3). Alternativas: Diversas posibilidades o soluciones técnicas y económicas para realizar un proyecto de cualquiera de los elementos de un sistema de agua potable a nivel de prefactibilidad y factibilidad. Altura dinámica total de bombeo: Corresponde a la suma de la columna estática total, la columna de fricción, la columna de velocidad y la presión de salida; siempre y cuando, esta última no se haya considerado en la columna estática total. Altura neta positiva de aspiración disponible (NPSH): Es la característica del sistema de bombeo y constituye la energía que tiene disponible el líquido en la toma de aspiración de la bomba, independientemente del tipo de bomba. Altura neta positiva de aspiración requerida: Es una característica de la bomba y constituye la energía necesaria para llenar la parte de aspiración y vencer las pérdidas por rozamiento y por el aumento de velocidad, desde la conexión de aspiración de la bomba, hasta el punto en que se añade más energía. Amenaza: Peligro latente asociado con la potencial ocurrencia de un evento de origen natural o antrópico que puede manifestarse en un sitio específico y en un tiempo determinado produciendo efectos adversos en un sistema. Se expresa matemáticamente como la probabilidad de ocurrencia de un evento de una cierta intensidad, en un sitio específico y durante un tiempo de exposición definido. Análisis físico-químico del agua: Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para determinar sus características físicas, químicas o ambas. Análisis microbiológico del agua: Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para determinar la presencia o ausencia, tipo y cantidad de microorganismos. Análisis organoléptico: Pruebas de laboratorio que se efectúan a una muestra para determinar las características de olor, sabor y percepción visual de sustancias y materiales flotantes y/o suspendidos en el agua. Bocatoma: Estructura hidráulica que capta el agua desde una fuente superficial y la conduce al sistema de agua potable. Borde libre: Espacio comprendido entre el nivel máximo esperado del agua y la altura total de la estructura de almacenamiento. Calidad del agua: Conjunto de características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas propias del agua y que las hacen adecuadas para un determinado uso.

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Cámara húmeda: Compartimiento de una estación de bombeo donde se almacena agua para facilitar la succión de las bombas; también se le conoce con el nombre de pozo de succión. Cámara seca: Compartimiento de una estación de bombeo en el cual se equipos de bombeo.

emplazan los

Canal: Cauce artificial, revestido o no, que se construye para conducir aguas. Conducto descubierto que transporta agua a superficie o sujeto a la presión atmosférica (flujo libre). Capacidad de almacenamiento: Volumen útil máximo de agua que puede retenerse en un tanque de reserva y distribución. Capacidad específica (agua subterránea o pozos profundos): Caudal extraído de un pozo por unidad de abatimiento, para un tiempo determinado, expresado en L/s/m. Capacidad nominal: Es la capacidad de un elemento correspondiente al caudal de diseño. Capacidad hidráulica: Es la capacidad máxima de un elemento, generalmente en exceso de la capacidad nominal Captación: Estructura que permite derivar la cantidad necesaria de agua desde la fuente de abastecimiento hacia el sistema de conducción o tratamiento de agua potable. Carbón activado: Forma de carbón altamente adsorbente, usado para remover material orgánico disuelto en el agua y que es causante del mal sabor, color y olor del agua. Carga de sólidos en suspensión: Cantidad de material en suspensión que pasa por una determinada sección en una unidad de tiempo. Carga superficial: Caudal o masa de un parámetro por unidad de área y por unidad de tiempo, que se emplea para dimensionar un proceso de tratamiento (m³/m²/ día). Catastro de redes: Inventario de las tuberías y accesorios existentes incluidas su localización, diámetro, profundidad, material, año de instalación y evaluación de su estado físico y operativo. . Caudal de diseño: Caudal estimado con el cual se diseñan los equipos, dispositivos y estructuras de un proyecto determinado de agua potable. Caudal de estiaje anual: Caudal que representa el valor mínimo que se ha presentado en un determinado año, hidrológico o calendario. Caudal de estiaje excepcional: Caudal que representa el mínimo valor conocido de una serie de varios años hidrológicos. Caudal de incendio: Parte del caudal en una red de distribución destinado a combatir los incendios. Caudal máximo diario: Consumo máximo durante veinticuatro horas, observado en un período de un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado. Caudal máximo horario: Consumo máximo durante una hora, observado en un período de

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un año, sin tener en cuenta las demandas contra incendio que se hayan presentado. Caudal medio: Caudal medio anual. Caudal medio diario: Consumo medio durante veinticuatro horas, obtenido como el promedio de los consumos diarios en un período de un año. Caudal seguro: Es el caudal medio que se puede extraer a largo plazo de un acuífero o de un sistema de agua superficial, sin causar resultados no deseables. Cavitación: Presión en la tubería de aspiración por debajo de la presión de vapor, que produce ruidos, vibraciones y disminuciones del caudal de una bomba, debidos a valores insuficientes de la altura neta positiva de aspiración disponible en el sistema. Existencia de zonas de baja presión en cercanías de las paredes, en flujos de alta velocidad. Circuitos: Conjuntos de tuberías con topología en forma de mallas o circuitos cerrados. Cliente: Es el usuario de un sistema de agua potable, en los diferentes tipos de consumo: doméstico, comercial, industrial, municipal y oficial. Cloración: Aplicación de cloro, o compuestos de cloro, al agua residual para desinfección; en algunos casos se emplea para oxidación química o control de olores. Cloro residual: Concentración de cloro remanente en cualquier punto del sistema de distribución de agua, después de que al agua se le ha aplicado alguna concentración de cloro determinada y se le ha sometido a un tiempo de contacto determinado. Coagulación: Aglutinación de las partículas suspendidas y coloidales presentes en el agua mediante la adición de coagulantes. Coeficiente de almacenamiento: Es el volumen de agua que libera un acuífero por unidad de superficie y por unidad de variación del nivel freático. Coeficiente de infiltración: Fracción de la precipitación que penetra en el terreno. Coeficiente de permeabilidad: Ver conductividad hidráulica. Coeficiente de rugosidad: Medida de la rugosidad de una superficie, que depende del material y del estado de la superficie interna de una tubería. Coeficiente de uniformidad: Es la razón entre los tamaños de las mallas que dejan pasar el 60% y el 10% de una muestra de material granular. Coliformes: Bacterias que se utilizan como indicadores de contaminación biológica. Columna de descarga: Es la suma de las columnas de descarga estática, las pérdidas por fricción en la descarga y la columna de velocidad en la descarga. Columna de fricción: Es la energía necesaria para vencer la resistencia que oponen las tuberías, válvulas y accesorios, al flujo. Columna de succión: Es la diferencia de los valores de: columna de succión estática y las pérdidas por fricción de la succión, se la conoce como succión positiva.

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Columna de velocidad: Es la distancia de caída necesaria para que un líquido adquiera una cierta velocidad. Columna estática de descarga: Es la distancia vertical existente, desde el eje de la bomba al punto de entrega libre del líquido. Columna estática de succión: Es la distancia vertical existente, desde el nivel de suministro del líquido, al eje de la bomba, cuando esta se encuentra por debajo del nivel de suministro. Columna estática total: Es la distancia vertical existente, desde el nivel de suministro hasta el nivel de descarga libre del líquido. Comité: Reunión de funcionarios de la EMAAP-Q designados para decidir sobre una cuestión especifica. Concentración: Es la relación existente entre el peso de una sustancia existente en un liquido y el volumen del líquido que lo contiene. Concentración en peso de los sedimentos: Relación de peso de materia seca, en la mezcla agua- sedimentos. Conducción: Conjunto de conductos, obras de arte y accesorios destinados a transportar el agua cruda procedente de la fuente de abastecimiento, desde el lugar de la captación hasta los tanques de almacenamiento o la planta de tratamiento. Conducción a gravedad: Estructura que permite el transporte del agua utilizando la energía hidráulica. Conducción por bombeo: Estructura con flujo a presión en la cual la energía necesaria para la circulación del agua es provista por una bomba. Conductividad hidráulica: Es un coeficiente de proporcionalidad que describe la velocidad a la que el agua se mueve a través del medio permeable. Depende de la densidad y la viscosidad del fluido. También se denomina permeabilidad. Conducto: Estructura hidráulica destinada al transporte de agua. Conexiones domiciliarias: Tomas o derivaciones que conducen agua potable desde la tubería de distribución (red menor) hasta un domicilio. Confiabilidad del servicio: Garantía de prestación de un servicio, expresada en porcentaje del tiempo en que este se presta con la calidad mínima establecida. Consumo: Volumen de agua potable utilizado por el Cliente o Usuario en un período determinado. Contaminación del agua: Introducción en el agua de elementos o compuestos objetables o dañinos, en una concentración tal que la hacen no apta para el uso deseado. Contaminación radiactiva: Presencia de radionúclidos en el agua en concentraciones que la hagan no apropiada para el consumo humano. Contaminante: Cualquier elemento o sustancia física, química, biológica o radiológica presente en el agua en cantidad que se encuentren sobre los límites permisibles.

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Costo mínimo de expansión: Análisis económico para determinar las etapas óptimas de implementación de un proyecto siguiendo la metodología del costo mínimo. Creciente anual: Caudal que representa el máximo valor de un determinado año. Creciente extraordinaria: Caudal que representa el máximo valor registrado de una serie de varios años de duración. Cuenca de drenaje: Área drenada por un curso de agua o un lago. Datos preliminares: Información recogida con carácter provisional para la ejecución de estudios de prefactibilidad. Demanda media diaria (Dmd): Es la demanda total de agua de un sistema y que resulta de la suma de las demandas no domésticas y las pérdidas físicas. Demanda máxima diaria (DMD): Es la demanda del día de máxima demanda. Es igual a la Demanda promedio diaria (DPD) multiplicada por un factor de demanda máxima diaria. Demanda neta (dneta): Es la demanda total que resulta de la suma de las demandas domésticas y no domésticas. No incluye las pérdidas físicas. Desarenador: Estructura hidráulica destinada a remover del agua las partículas en suspensión acarreadas por ésta. Desinfección: Proceso físico o químico que permite la eliminación o destrucción de los organismos patógenos presentes en el agua. Desinfectante: Sustancia que tiene el poder de destruir o inactivar microorganismos patógenos. Desripiador: Estructura hidráulica destinada a atrapar y remover del agua sedimentos gruesos de que mueven como transporte de fondo. Diámetro interno: Diámetro real interno de conductos circulares. Diámetro nominal: Es el número con el cual se conoce comúnmente el diámetro de una tubería, aunque su valor no coincida con el diámetro real interno. Dotación: Cantidad de agua asignada, en los estudios de planeamiento y diseño de sistemas de agua potable, a un habitante para cubrir su consumo; se expresada en términos de litro por habitante por día. Edificio de operación: Área o conjunto de dependencias de una planta de tratamiento de agua potable desde donde se controlan los diferentes procesos de tratamiento. Eficiencia de tratamiento: Medida de la efectividad de un proceso en la remoción de una sustancia específica. Normalmente se expresa en porcentaje. Elevación de succión: Es la suma de la elevación estática de succión y la columna de fricción, de la parte de la succión de la bomba; se la conoce como succión negativa. Elevación estática de succión: Es la distancia vertical existente, desde el nivel de suministro

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del líquido, al eje de la bomba, cuando esta se encuentra por encima del nivel de suministro. Emergencia: Evento repentino e imprevisto que se presenta en un sistema de suministro de agua para consumo humano, como consecuencia de fallas técnicas, de operación, de diseño, de control o estructurales, que pueden ser naturales, accidentales o provocadas que alteran su operación normal o la calidad del agua, y que obliguen a adoptar medidas inmediatas para minimizar las consecuencias. Ensayo de jarras: Ensayo de laboratorio que simula las condiciones en que se realizan los procesos de coagulación, floculación y sedimentación en una planta de potabilización. Ensayo de tratabilidad: Estudios efectuados a nivel de laboratorio o de planta piloto, a una fuente de abastecimiento específica, para establecer su potencial de potabilización aplicando diferentes procesos de de tratamiento. Especialista: Técnico o Profesional que ha realizado estudios de profundización en un área especifica o que tiene una experiencia reconocida en esa área especifica. Estación de bombeo: Conjunto de estructuras, equipos y accesorios que permiten elevar el agua desde un nivel inferior a uno superior, o que introducen energía de presión en un sistema hidráulico. Estudio de factibilidad: Es un detallamiento de las actividades realizadas en el estudio de prefactibilidad, incluye la obtención de información directa de la zona del proyecto y tiene como objetivo final la selección de la alternativa optima desde el punto de vista técnico, económico, financiero y ambiental. Estudio de prefactibilidad: Conjunto de datos y estudios preliminares necesarios para el planteamiento y comparación de alternativas técnicamente viables para la provisión de agua potable. La información utilizada en esta fase es usualmente información secundaria existente. Estudio geotécnico: Se refiere a las investigaciones y estudios de los suelos y rocas orientados a la estimación de sus condiciones geomecánicas, parámetros necesarios para la concepción, diseño y construcción de las obras. Estudio hidrológico: Estudio destinado a la obtención de datos relativos a la ocurrencia, distribución y disponibilidad de aguas superficiales. Estudio hidrogeológico: Estudio destinado a la obtención de la información geofísica y geológica de los acuíferos y de sus características hidráulicas. Evaluación del riesgo: Evaluación cualitativa y cuantitativa del riesgo ocasionado sobre la salud humana o sobre el medio ambiente por la presencia actual o potencial y/o por el uso de un agente contaminante o disturbarte del medio ambiente. Factor o coeficiente de demanda máxima diaria (k1). Es un factor por el cual se multiplica la demanda o el caudal medio para obtener el caudal o la demanda del día de máxima demanda en el respectivo componente del sistema. Factor o coeficiente de demanda máxima horaria (k2). Es un factor por el cual se multiplica la demanda o el caudal medio para obtener el caudal o la demanda de la hora de máxima demanda en el respectivo componente del sistema. Filtración: Proceso mediante el cual se remueve las partículas suspendidas y coloidales del

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agua al hacerlas pasar a través de un medio poroso. Filtración de contacto o en línea: Proceso de filtración sin floculación ni sedimentación previa. Filtración lenta: Proceso de filtración a baja velocidad (promedio de 0.01 cm/s). Filtración rápida: Proceso de filtración a alta velocidad (promedio de 0.3 cm/s). Floculación: Aglutinación de partículas inducida por una agitación lenta de la suspensión coagulada. Flotación: Proceso de separación de los sólidos del agua mediante adhesión de microburbujas de aire a las partículas para llevarlas a la superficie. Flujo a presión: Se obtiene cuando la gradiente hidráulica está sobre la corona del tubo de conducción. Frecuencia: En hidrología, número de veces que en promedio se presenta un evento con una determinada magnitud, durante un periodo definido. También, se denomina período de retorno. Fuente de abastecimiento: Depósito o curso de agua superficial o subterránea, natural o artificial, utilizado en un sistema de suministro de agua. Fugas: Cantidad de agua que se pierde en un sistema de agua potable por accidentes en la operación, tales como rotura o fisura de tubos, rebose de tanques, o fallas en las uniones entre las tuberías y los accesorios. Garantía de suministro (fuentes): Porcentaje del tiempo que la fuente de agua ofrece un caudal requerido. Hidrante: Elemento conectado a la red de distribución que permite la conexión y alimentación de mangueras especiales utilizadas en la extinción de incendios. Humedad: relación existente entre el peso del agua y el peso de los sólidos en un suelo. Se expresa en porcentaje. Impacto ambiental: Afectación del medio físico, biótico o social ocasionado por la realización de una obra. Infiltración: Proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. Lecho de filtración: Medio constituido por material granular poroso por el que se hace percolar un flujo. Límite máximo permisible: En calidad de agua, concentración o cantidad máxima de un componente presente en el agua, garantizando que este no causará un riesgo a la salud del consumidor. Línea de transmisión: Tubería con flujo a presión destinada a transportar el agua tratada de la planta de tratamiento a los tanque de reserva; usualmente, sin dar servicios en ruta.

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Lodo: (en Potabilización) Material sólido que se remueve durante los procesos de tratamiento. Macromedición: Sistema de medición de caudales, destinados a totalizar la cantidad de agua que una planta de tratamiento entrega a los usuarios a través de la red de distribución. Mantenimiento: Conjunto de acciones que se ejecutan en las instalaciones y/o equipos para prevenir daños o para la reparación de los mismos cuando se producen. Mantenimiento correctivo: Conjunto de actividades que se deben llevar a cabo cuando un componente, equipo, instrumento o estructura ha tenido una parada forzosa o imprevista. Mantenimiento preventivo: Conjunto de actividades que se llevan acabo en un equipo, instrumento o estructura, con el propósito de que opere a su máxima eficiencia de trabajo, evitando que se produzcan paradas forzosas o imprevistas. Materiales de arrastre de fondo: Materiales que se desplazan por o cerca del fondo de un cauce, rodando, deslizándose, o por pequeños saltos. Medio magnético: CD, disquete u otro dispositivo digital para la grabación y reproducción de sonidos, imágenes o datos informáticos. Memoria Ejecutiva: Documento que resume la memoria técnica, utilizando lenguaje y estilo comprensibles para personal directivo y administrativo. Esta memoria debe contener una descripción general del estudio realizado, el costo del proyecto y las conclusiones generales y recomendaciones. También se puede denominar Informe Ejecutivo. Memoria Técnica: Documento técnico y descriptivo que resume todos los datos de campo e informaciones preliminares, resultados de trabajos realizados, recomendaciones y conclusiones del estudio. Forman parte de la memoria los anexos, esquemas, planos y todos los demás documentos que sean necesarios para completar el proyecto. También se puede denominar Informe Técnico. Metal pesado: Elemento metálico que tiene un peso molecular relativamente alto. Usualmente tienen un peso volumétrico superior a 50 kN/m3, por ejemplo, plomo, plata, mercurio, cadmio, cobalto, cobre, hierro, molibdeno, níquel, zinc. Mezcla lenta: Agitación suave del agua con los coagulantes, con el fin de favorecer la formación de los flóculos. Mezcla rápida: Agitación violenta para producir dispersión instantánea y uniforme de una solución de un producto químico en la masa de agua. Micromedición: Sistema de medición de volumen de agua, destinado a conocer la cantidad de agua consumida, para diferentes usos, en un determinado período de tiempo por cada cliente de un sistema de agua potable. Monitoreo: Actividad consistente en efectuar observaciones, mediciones y evaluaciones de parámetros que garanticen la calidad de las fuentes de abastecimiento de agua. Nivel freático: Profundidad de un acuífero libre con respecto a la superficie del terreno. Operación: Conjunto de acciones para mantener en funcionamiento un sistema.

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Optimización: Proceso de diseño o construcción para lograr aprovechar al máximo la capacidad de un elemento de un sistema de agua potable. . Ozonización / Ozonizador: Aplicación de ozono al agua, con fines de oxidación o de desinfección. El ozonizador es el dispositivo empleado para producir este proceso. Parámetros de control de un proceso: Criterios preestablecidos que se utilizan como base para compararlos con los obtenidos en un proceso, con el fin de controlar o medir la eficiencia del mismo. Parámetros de diseño: Criterios seleccionados o preestablecidos con los que se diseñan y construyen cada uno de los elementos de un sistema de agua potable. Patógenos: Microorganismos que pueden causar enfermedades en otros organismos, ya sea en humanos, animales y plantas. Pérdida de carga: Disminución de la carga hidráulica total de un fluido debido a las pérdidas por fricción y menores que se presentan con el flujo de este a través de un conducto. . Pérdidas menores o locales: Pérdida de la carga hidráulica total causada al flujo por los accesorios o válvulas de una conducción de agua. Pérdidas por fricción: Pérdida de la carga hidráulica causada por los esfuerzos cortantes del flujo en las paredes de un conducto. Perfil hidráulico: es un corte a través de un elemento del sistema de agua potable que muestra el nivel de agua en cada una de sus partes bajo condiciones de operación normal. Período de diseño: Tiempo para el cual se diseña un sistema o los componentes de éste, en el cual su(s) capacidad(es) permite(n) atender la demanda proyectada para este tiempo. Período de retorno: Número de años que en promedio la magnitud de un evento extremo es igualada o excedida una vez. Perímetro de protección sanitaria: Es un área alrededor de la zona de captación que idealmente debe ser aislada con un cerramiento o cerca para impedir el acceso de personas no autorizadas o animales y que busca preservar la calidad del agua en las inmediaciones de la captación. Permeabilidad: Propiedad que tiene los cuerpos de permitir el paso de un fluido a través de él. pH: Expresión de la intensidad de la condición básica o ácida de un líquido. Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de iones hidrógeno, en moles por litro. pH óptimo: Valor de pH que produce la máxima eficiencia en un proceso determinado. Plan de contingencias: Es el conjunto de procedimientos preestablecidos para la respuesta inmediata, con el fin de atender en forma efectiva y eficiente las necesidades del servicio de manera alternativa y para restablecer paulatinamente el funcionamiento del sistema después de la ocurrencia de un evento de origen natural o antrópico que ha causado efectos adversos al sistema.

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Plan maestro de agua potable: Estudio de planeamiento que indica el plan óptimo de obras e inversiones para la expansión ordenada de un sistema de agua potable en un horizonte de análisis dado. Planos de diseño para construcción: Plano producto de la etapa de diseño definitivo y que contiene todos los detalles para ubicar la obra y los detalles específicos para lograr su construcción. Planos de obra construida (as built): Plano que refleja la ubicación y detalles específicos de la obra, como quedo realmente construida. Planta de tratamiento de agua potable PTAP (Planta de Potabilización): Conjunto de obras, equipos, materiales y, operaciones necesarios para efectuar los procesos que permitan cumplir con las normas de calidad del agua potable. Planta piloto (para Potabilización): Modelo a escala para simular operaciones, procesos y condiciones hidráulicas de la planta de tratamiento, utilizando para este efecto el agua de la fuente de abastecimiento. Planta prototipo: Es una planta de tratamiento existente utilizada para probar en escala real (1: 1) la eficiencia de un proceso unitario. Población flotante: Población de alguna localidad que no reside permanentemente en ella y que la habita por un espacio corto de tiempo por razones de trabajo, turismo o alguna otra actividad temporal. Población futura: Número de habitantes que se tendrá al final del período o etapa de diseño. Potabilización: Es la corrección de la calidad del agua para hacerla apta para el consumo humano. Pozos excavados: Son excavaciones verticales dentro de un acuífero superficial, realizadas y protegidas adecuadamente para obtener agua para consumo humano y otros usos. Pozos hincados: Son pozos construidos a base de hincar una punta resistente, generalmente unida a una criba, en terrenos compactos o granulares, hasta penetrar dentro del acuífero. Pozos profundos: Son pozos perforados hasta un acuífero profundo, generalmente mediante la utilización de maquinaria especializada Prediseño: Dimensionamiento preliminar de los componentes de un sistema. Presión dinámica: Cota piezométrica en el sistema de distribución cuando hay el consumo de diseño de la red. Presión estática: Carga de energía o presión en el sistema de distribución cuando no hay consumo de agua. Presión interna: Corresponde a la presión interna máxima a la que estará sometida la tubería durante su vida útil; valor derivado del diseño hidráulico y del cálculo de la sobrepresión máxima que pueda llegar a generarse por efectos de golpes de ariete en el sistema. Presión nominal: Presión interna máxima a la cual puede estar sometida una tubería,

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considerando un factor de seguridad, y que es dada por el fabricante según las normas técnicas correspondientes. También se llama presión de trabajo. Proceso unitario: Es un mecanismo que promueve cambios físicos, químicos o biológicos en el agua cruda con el objeto de ajustarla a las normas de calidad establecidas para el agua potable. Procesos convencionales: son aquellos comúnmente utilizados para el tratamiento del agua, tales como la mezcla, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Procesos no convencionales: Son aquellos tratamientos especiales no de utilización generalizada, tales como filtración directa, tratamiento con carbón activado, desinfección con ozono, y otros. Proyecto: Conjunto de obras que se encuentran previstas a nivel de diseño. Proyecto definitivo: Conjunto de trabajos que incluyen diseños, presupuestos, memoria técnica, lista de materiales y especificaciones técnicas, documentos de licitación y programación de trabajos para la ejecución de una obra y para permitir su operación y mantenimiento. Punto de muestreo: Sitio específico destinado para tomar una muestra representativa para analizar la variación de la calidad de un cuerpo o corriente de agua. Reconocimiento de los suelos: Actividad que tiene por objeto la puesta en obra de los medios necesarios y suficientes, para la obtención del conocimiento de los diversos elementos y formaciones de que están constituidos los suelos de la zona del Proyecto. Red de distribución: Conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que conducen el agua tratada desde el tanque de reserva o planta de tratamiento hasta los puntos de consumo. Red matriz o principal: Parte de la red de distribución que conforma la malla principal de servicio de una población y que distribuye el agua tratada procedente de la planta de tratamiento o tanques de reserva a las redes secundarias o menores. La red matriz llamada también principal, mantiene las presiones básicas de servicio para el funcionamiento correcto de todo el sistema, y generalmente no reparte agua en ruta. Red secundaría o menor de distribución: Red de distribución que se deriva de la red matriz y llega a los puntos de consumo. Desde ella se derivan las conexiones domiciliarias. Registro de corte o llave de corte: Dispositivo situado en la cajilla del medidor que permite la suspensión del servicio de agua de un inmueble. Solamente lo debe operar la entidad prestadora del servicio. Rejillas: Son los dispositivos instalados en las captaciones destinados a impedir el ingreso de cuerpos flotantes y materiales gruesos de arrastre de fondo, hacia las subsiguientes partes del sistema. Riesgo: Potenciales consecuencias económicas, sociales o ambientales que se pueden generar como resultado de los daños o la pérdida de función de un sistema durante un tiempo de exposición definido. Se expresa matemáticamente, como la probabilidad de exceder una pérdida en un sitio y durante un lapso determinado, resultado de relacionar la vulnerabilidad del sistema y la amenaza a la cual se encuentra sometido.

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Sedimentación: Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por gravedad. Sedimentación (precedida de coagulación): Proceso en el cual los sólidos suspendidos en el agua se decantan por gravedad, previa adición y acondicionamiento con químicos coagulantes. Sedimentos: Partículas sólidas provenientes de rocas o de un medio biológico, que son o han sido transportadas por el agua u otro agente atmosférico. Sifón: Conducto a presión por gravedad, situado íntegramente arriba de la línea piezométrica. Sistema: Grupo de elementos y componentes de un sistema de agua potable que se encuentra construido; agrupa la captación, conducción, tratamiento y distribución de agua potable. Sistema de control: El sistema de control permite mantener variables de un proceso dentro de un rango de operación, tomando acciones a partir de comparar el valor deseado con el valor requerido. Un sistema de control está compuesto usualmente por los siguientes elementos Instrumentación de medición-transductor, transmisor, controlador, actuador y sistema de registro. Sistema de Potabilización: Conjunto de procesos y operaciones unitarias para purificar el agua y que tienen por objeto hacerla apta para el consumo humano. Sistema experto: Es un programa computacional interactivo que pretende simular las acciones y decisiones de un experto usando algunas representaciones de su conocimiento y proceso de razonamiento. Sistema SCADA: Conjunto de programas de computador con funciones de registro y visualización de variables de un proceso, generación de alarmas, cálculo y aplicación de señales de acción, los cuales interactúan con el proceso por intermedio de un sistema de adquisición de información. Sólidos disueltos: Mezcla homogénea de un sólido (soluto) en un líquido (solvente); esta mezcla no se puede separar por medio físicos. Sólidos no sedimentables: Materia sólida que no sedimenta en un período de 1 hora, generalmente. Sólidos sedimentables: Materia sólida que sedimenta en un periodo de 1 hora. Sólidos suspendidos: Pequeñas partículas de sólidos dispersas en el agua; no disueltas. Solubilidad: Capacidad de una sustancia o soluto de mezclarse homogéneamente en un solvente para unas condiciones de presión y temperatura específicas. Subcomité: Grupo de técnicos o especialistas en un tema especifico que es designado por un Comité para que lo apoye en la toma de una decisión. Sustancias flotantes: Materiales que se sostienen en equilibrio en la superficie del agua y que influyen en su apariencia. Tamaño efectivo:. En una muestra de material granular, el tamaño efectivo corresponde al

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espaciamiento libre de una malla o tamiz que deja pasar el 10% de la muestra, en peso. Tanque de reserva y distribución: Depósito cerrado en el cual se mantiene una provisión de agua suficiente para cubrir las variaciones horarias del consumo, la demanda para combatir incendios y la demanda de agua durante emergencias. Tanque de cola: Volumen de almacenamiento de agua y mecanismo para compensar presiones, cuando se bombea directamente a la red de distribución. Tanque elevado: Tanque de almacenamiento construido sobre una estructura de soporte. Tasa de aplicación superficial (carga superficial): Relación entre el caudal y el área superficial de una determinada estructura hidráulica (m3/m2/día). Tasa de filtración: Es el caudal que se filtra por unidad de área del lecho filtrante. Tecnología apropiada: Es aquella que permite seleccionar los métodos de tratamiento más simples y económicos, utilizando al máximo la mano de obra y materiales locales. Tiempo de contacto para la desinfección: Tiempo que toma al agua moverse desde el punto de aplicación del desinfectante hasta el punto donde se mide la concentración residual del mismo. Tiempo de retención hidráulica: Tiempo medio que se demoran las partículas de agua en un proceso de tratamiento. Se calcula como la relación entre el caudal y el volumen útil. Tipo de usuario: Diferentes clases de usuarios que pueden existir a saber: domésticos, industriales, comerciales, oficiales y municipales. Toma: Ver captación. Tratamiento (para Potabilización): Conjunto de operaciones y procesos que se realizan sobre el agua cruda, con el fin de modificar sus características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas, para hacerla potable o apta para un uso determinado de acuerdo a las normas. Tubería: Ducto de sección circular para el transporte de agua. Tubería rígida: los materiales de tuberías que clasifican como rígidos son aquellos que derivan una parte substancial de su capacidad de carga ante las cargas del terreno a partir de la resistencia estructural del elemento asociada a la rigidez misma de la pared de la tubería. Turbiedad: Propiedad óptica del agua basada en la medida de luz reflejada por las partículas en suspensión Unidades componentes de la planta de tratamiento: Son las obras y equipos utilizados para llevar a cabo los procesos unitarios para el tratamiento del agua. Usuario: Persona natural o jurídica que se beneficia con la prestación de un servicio público domiciliario. Equivale al término: cliente. Variante: Termino utilizado para los diferentes esquemas técnicos que permiten la optimización de una alternativa de solución planteada para el diseño de un sistema de agua

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potable. Vectores: Organismos, generalmente insectos o roedores que transmiten enfermedades. Medio de transmisión de un patógeno de un organismo a otro. Velocidad de filtración: Caudal de filtración por unidad de área. Velocidad de lavado: Caudal de lavado por unidad de área. Velocidad de sedimentación: Velocidad de caída de las partículas en un medio dado. Vertedero: Dispositivo hidráulico para la medida de caudal o control de rebose de un líquido. Vertiente: Afloramiento de agua subterránea que aparece en la superficie por diferentes causas. Vida útil: Lapso después del cual una obra o estructura puede ser reemplazada por inservible. Volumen Muerto: Volumen de agua en un embalse o tanque de reserva, previsto para la depositacion de partículas sedimentables y que no se considera como volumen útil de almacenamiento. Volumen Útil: Volumen de agua en un embalse o tanque de reserva que se considera completamente utilizable durante la operación. Vulnerabilidad: Predisposición de un sistema de ser afectado o de ser susceptible a sufrir daños o pérdida de su función, como resultado de la ocurrencia de un evento que caracteriza una amenaza. Zona de presión (la red de distribución): Es una de las partes en que se divide la red de distribución, usualmente comandada por un tanque, para garantizar que las presiones máximas y mínimas se mantengan dentro de los límites estipulados.

0.3

REFERENCIACIÓN GENERAL

El sistema SI es de aplicación obligatoria en el Ecuador 0.3.1 Sistema de Unidades Aceleración m/s2 Metros por segundo cuadrado Angulo Plano º Grados Área cm2 ha km2 m2

centímetro cuadrado hectárea kilómetro cuadrado metro cuadrado

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Caudal l/h Litro por hora l/s Litro por segundo m3/s Metros cúbicos por segundo Concentración mg/l Miligramo por Litro Densidad kg/m3 Kilogramo por m3 Esfuerzo kPa kilo pascal MPa mega pascal Pa Pascal Fuerza N Newton kN kilo newton t tonelada Longitud m metro km kilómetro mm milímetro Masa g gramo mg miligramo kg kilogramo Población hab. habitante Potencia kw kilovatio W Vatio Potencial eléctrico kV kilovoltio Presión kPa kilo pascal MPa mega pascal Pa Pascal m.c.a metros de columna de agua Temperatura ºC Grados centígrados Tiempo año año día día h hora

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min. s

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minuto segundo

Velocidad m/s Metros por segundo Viscosidad Pa/s Pascales por segundo Volumen cm3 centímetro cúbico l litro m3 metro cúbico Otras l/(hab·día) Litro por habitante por día m2/m Metro cuadrado por metro

0.3.2 Variables %p = porcentaje de pérdidas (entre 0 y 1) ρ= densidad del agua kg/m3 µ= viscosidad absoluta del agua, Pa·s σadmisible = esfuerzo de trabajo máximo admisible, Pa τo = esfuerzo cortante medio, N/m2 µp = relación de Poisson de un material σrotura = esfuerzo de rotura, Pa ρs = densidad del sedimento, kg/m3 a= celeridad de la onda de presión, m/s A= área superficial del tanque, m2 A= área transversal, m2 A= área de apoyo del anclaje, m2 Ai = área de influencia o área abastecida por el nodo i, ha c= concentración de cloro, mg/l d= diámetro de la partícula por remover, m dbruta = dotación bruta, (l-hab.-día) dc/dt = tasa de cambio de la concentración de cloro en el tiempo, mg/l -s dneta = dotación neta, (l / hab./ día) e= espesor de la tubería, m E= módulo de elasticidad de un material, Pa Ep = módulo de compresibilidad del líquido, GPa f= coeficiente de fricción de Darcy F.S = factor de seguridad Fr = número de Froude g= aceleración de la gravedad, 9.81 m2/s γ= peso específico del agua, kN/m2 H= altura dinámica total, m Hm = cabeza de pérdidas menores, m η = eficiencia de la bomba y el motor h= nivel dinámico del pozo (aguas subterráneas), m H= nivel estático del pozo, m Hes = altura estática de succión, m

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hf = pérdida de cabeza debida a la fricción, m i= gradiente hidráulico K= conductividad hidráulica, m/s k1 = coeficiente de consumo máximo diario k2 = coeficiente de consumo máximo horario Kb = constante de reacción de primer orden en el agua Km = coeficiente de pérdida menor kS = rugosidad absoluta de la tubería, m L= longitud total de la tubería, m NPSH = cabeza neta de succión positiva, m p= población, hab. p= presión de ensayo hidráulico, Pa P= potencia requerida por la bomba, W Patm = presión atmosférica, Pa Pv = presión de vapor del agua, Pa Q= caudal de operación, m3/s Q95 = caudal correspondiente al 95% de excedencia en la curva de duración Qd = caudal de diseño, m3/s Qe = caudal específico por unidad de superficie, l/s/ha Qi = caudal de consumo en el nodo i, l/s Qij = caudal que fluye del nodo i al nodo j, m3/s Qin = caudal de incendio, m3/s QMD = caudal máximo diario, l/s Qmd = caudal medio diario, l/s QMH = caudal máximo horario, l/s R= radio real interno de la tubería, m R= radio hidráulico (canales abiertos), m r= radio relativo a un pozo, m ρ = densidad del agua, kg/m3 Re = número de Reynolds Sf = pendiente de la línea de energía total So = pendiente del fondo del canal t= tiempo, s v= velocidad de asentamiento, m/s v= velocidad media del flujo, m/s V= volumen del tanque, m3 Ve = velocidad de entrada a la rejilla, m/s x= abscisa o distancia horizontal, m y= profundidad del flujo, m

0.3.3 Abreviaturas ARA AWWA CNRH DMMAQ DMQ EMAAP–Q IEOS IGM INAMHI INEC

Autoridad Regional Ambiental American Water Works Association Standard Consejo Nacional de Recursos Hídricos Dirección Metropolitana del Medio Ambiente del Municipio de Quito Distrito Metropolitano de Quito Empresa Metropolitana de Alcantarillado y Agua Potable de Quito Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias Instituto Geográfico Militar Instituto Nacional de Metereología e Hidrología Instituto Nacional Ecuatoriano de Censo

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INEN MA MIDUVI MOP MSP PSA SIG TULAS

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Instituto Nacional Ecuatoriano de Normalización Ministerio del Ambiente Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda Ministerio de Obras Públicas Ministerio de Salud Pública Programa de Saneamiento Ambiental (Dependencia de EMAAP-Q) Sistema de Información Geográfica Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria

0.3.4 Normas Técnicas Ecuatorianas Referenciadas -

NTE- 2226:00 Diseño de programas de muestreo.

-

NTE- 2169:98 Muestreos, manejo y conservación de muestras.

-

NTE- 2176:98 Técnicas de muestreo.

-

NTE - INEN1-108:2006, Segunda Revisión Consumo Humano.

-

NTE INEN 1744 Tubos de polietileno para conducción de agua a presión. Requisitos.

-

NTE INEN 1373 Tubería plástica. Tubería de PVC rígido para presión. Requisitos.

-

Código Ecuatoriano de la Construcción.

Requisitos de Calidad Agua para

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TITULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES

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TITULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE

ÍNDICE Página 1.

PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE................................................................................................28

1.1

PROCEDIMIENTO GENERAL.............................................................................28

1.2

DEFINICIÓN DE LAS ETAPAS QUE DEBE TENER UN PROYECTO Y ALCANCE DE CADA UNA DE ELLAS ..................................................................................29 1.2.1 Generalidades y definiciones de las etapas ..................................................... 29 1.2.2 Alcance del Perfil del Proyecto ......................................................................... 31 1.2.3 Alcance de los Estudios de Prefactibilidad ....................................................... 31 1.2.4 Alcance de los Estudios de Factibilidad............................................................ 32 1.2.5 Alcance del Proyecto Definitivo ........................................................................ 34

1.3 PRESENTACIÓN DE LOS PROYECTOS .............................................................35 1.3.1 Perfil de proyecto .............................................................................................. 36 1.3.2 Prefactibilidad ................................................................................................... 36 1.3.3 Factibilidad........................................................................................................ 37 1.3.4 Proyecto definitivo ............................................................................................ 37 1.3.5 Planos ............................................................................................................... 39 1.3.6 Escalas a utilizarse en los planos y dibujos...................................................... 39 1.4 IDENTIFICACIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE PROYECTOS .......................................40 1.4.1 Descripción del Problema ................................................................................. 40 1.4.2 Determinación del Objetivo del Proyecto.......................................................... 41 1.4.3 Cuantificación de la Demanda y/o Necesidades .............................................. 41 1.4.4 Evaluación del Sistema Existente..................................................................... 42 1.4.5 Justificación del Proyecto ................................................................................. 42 1.4.6 Determinación de la Población Beneficiada ..................................................... 42 1.4.7 Priorización de Proyectos ................................................................................. 42 1.4.8 Determinación de actividades complementarias a la ejecución de un Proyecto de agua potable ................................................................................................ 43 1.5 ESTUDIOS GENERALES PREVIOS ....................................................................43 1.5.1 Descripción de la zona del proyecto ................................................................. 43 1.5.2 Geología, Geotecnia y Riesgos ........................................................................ 43 1.5.3 Topografía ........................................................................................................ 44 1.5.4 Recursos Hídricos y Climatología..................................................................... 44 1.5.5 Descripción de la Infraestructura Existente ...................................................... 44 1.5.6 Características Socioeconómicas..................................................................... 45 1.5.7 Comunicaciones ............................................................................................... 45 1.5.8 Vías de Acceso ................................................................................................. 45 1.5.9 Disponibilidad de Mano de Obra y Equipos...................................................... 45 1.5.10 Disponibilidad de Materiales de Construcción y Energía Eléctrica................... 45

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES

1.5.11 1.5.12 1.5.13

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Diseños estructurales ....................................................................................... 45 Definición Institucional de Responsabilidades.................................................. 46 Participación Ciudadana y Consulta Previa...................................................... 46

1.6 EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA ....................................................................46 1.6.1 Análisis Costo - eficiencia ................................................................................. 46 1.6.2 Análisis de Costo Mínimo de Expansión de Capacidad ................................... 47 1.6.3 Análisis beneficio-costo .................................................................................... 47 1.7 ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL ...............................................................49 1.7.1 Marco Legal ...................................................................................................... 49 1.7.2 Propósito........................................................................................................... 49 1.7.3 Etapas de los Estudios de Impacto Ambiental (EsIA)....................................... 50 1.7.4 Criterios y directrices de las EIA ....................................................................... 50 1.8

CALIDADES Y REQUISITOS DE LOS PROFESIONALES QUE INTERVIENEN EN LOS ESTUDIOS, DISEÑOS Y SUPERVISIÓN ......................................................50 1.8.1 Calidad de los Diseñadores y de los Supervisores de Diseño ......................... 50 1.8.2 Experiencia Específica de los Diseñadores y de los Supervisores o Revisores de Diseño.......................................................................................................... 51 1.8.3 Grados de la Supervisión de diseños ............................................................... 51

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 1: PROCEDIMIENTOS GENERALES

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1.

PROCEDIMIENTOS GENERALES PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE AGUA POTABLE

1.1

PROCEDIMIENTO GENERAL

Los diseños de proyectos de agua potable que se realicen dentro de la jurisdicción de la EMAAP-Q y que estén cubiertos por el alcance de estas Normas deberán ser ejecutados por profesionales que tengan las calidades y los requisitos de idoneidad que trata el numeral 1.8 “Calidades y requisitos de los profesionales que intervienen en los diseños”, y deberán seguir el siguiente procedimiento general: PASO 1- Justificación del proyecto y definición de su alcance. Todo componente de un proyecto de abastecimiento de agua potable debe justificarse con la identificación de un problema de salud pública o de bienestar social; el cual tiene solución, ya sea mediante la ejecución del proyecto propuesto, la ampliación de cobertura del servicio o el mejoramiento de su calidad y eficiencia. Además, el proyecto debe cumplir los criterios de planeamiento establecidos en el numeral 1.4: “Identificación y justificación de proyectos”. PASO 2- Conocimiento del marco institucional. El consultor y/o el diseñador y el supervisor del diseño deben conocer las diferentes Entidades que tienen jurisdicción en el área donde se planea construir las obras objeto del diseño; estableciendo las funciones de estas y los requerimientos asociados que el proyecto debe cumplir con cada una de ellas. Las Entidades y aspectos que deben identificarse son: 1. Papel de la Municipalidad, ya sea como prestador directo o indirecto del servicio. 2. Entidades territoriales competentes. 3. Entidades de planeación: (Dirección Metropolitana de Territorio y Vivienda) 4. Autoridad ambiental competente: (DMMA o Ministerio del Ambiente, según el caso). 5. Asociaciones comunitarias: Con estas se deben identificar aspectos que pueden interferir con la comunidad durante la construcción de las obras como son: afectaciones a los servicios públicos, rotura y reposición de pavimentos, expropiación de terrenos para la implantación de las obras e investigaciones arqueológicas. PASO 3- Temas legales. El consultor y/o el diseñador y el supervisor del diseño deben conocer las leyes, decretos, ordenanzas, reglamentos y normas técnicas relacionadas con la conceptualización, diseño, construcción, operación, mantenimiento y, supervisión técnica del sistema de agua potable y de cada uno de sus componentes en particular. Igualmente, deben conocer las Normas de diseño y construcción de otros servicios públicos que puedan ser afectados. PASO 4- Aspectos ambientales. Debe presentarse un estudio sobre el impacto ambiental generado por el proyecto, en el cual se incluya una descripción de las obras y acciones de mitigación (plan de manejo ambiental) de los efectos en el medio ambiente generados por el proyecto. Los estudios ambientales deben cumplir con lo estipulado en el numeral 1.7:

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“Estudios de Impacto Ambiental”, de este Título.

PASO 5- Ubicación dentro de los planes de desarrollo municipal y desarrollo urbano previstos. El consultor y/o diseñador y el supervisor del diseño deben conocer los planes de desarrollo municipal y de ordenamiento territorial. El planeamiento y diseño de las obras de los sistemas de agua potable se deben llevar a cabo de acuerdo a lo establecido por la Municipalidad en el Plan General de Desarrollo Territorial, donde se definen las políticas de expansión urbana previstas en el corto, mediano y largo plazo; además, se deben tener en cuenta el plan vial, las zonas de conservación y los usos del suelo y las densidades de saturación definidas por la Dirección Metropolitana de Territorio y Vivienda. . PASO 6- Estudios Previos. Todo proyecto de cualquier componente de sistemas de agua potable debe llevar a cabo los “Estudios generales previos”, mencionados en el numeral 1.5 de este Titulo. Igualmente, debe tener en cuenta los estudios existentes y más actualizados que posea la EMAAP-Q en los temas de agua potable como son: los Planes Maestros, Estudios de prefactibilidad y factibilidad, estudios de control y reducción de agua no contabilizada, estudios de sectorización de redes, etc. PASO 7– Evaluación Socioeconómica. El diseño de cualquier proyecto de agua potable debe someterse a una evaluación de beneficios y costos, que justifique la ejecución del proyecto, y estar sujeto a un plan de expansión de costo mínimo, siguiendo lo establecido en el numeral 1.6: “Evaluación Socioeconómica”. Aquellos proyectos declarados de urgencia por la EMAAP-Q y que sean diseñados por ella misma, pueden ser exonerados de esta evaluación. PASO 8- Normas de estudios y diseños. El estudio y diseño de cualquier componente de un sistema de agua potable debe cumplir con los requisitos mínimos establecidos en los nueve (9) Títulos de estas Normas. PASO 9- Normas de seguridad industrial para ejecución de obras. El consultor o diseñador debe tener en cuenta en la elaboración de las especificaciones técnicas de construcción, las Normas nacionales de seguridad industrial y/o que tenga vigentes la EMAAP-Q. PASO 10- Aprobación y aceptación de un proyecto: Para proyectos de cierta magnitud la EMAAP-Q podrá determinar que la aceptación y recibo de éste sea aprobada por un Comité técnico designado específicamente para tal fin.

1.2

DEFINICIÓN DE LAS ETAPAS QUE DEBE TENER UN PROYECTO Y ALCANCE DE CADA UNA DE ELLAS

1.2.1 Generalidades y definiciones de las etapas Las etapas que debe cubrir un proyecto de agua potable en el territorio Ecuatoriano, y el alcance de cada una de ellas, está reglamentado por el Acuerdo No. 0817 de la Contraloría General de Estado, denominado: “Reglamento de determinación de etapas del proceso de

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ejecución de obras de prestación de servicios públicos”, por lo cual el contenido de este numeral de la Norma se ajusta completamente a lo allí estipulado, en lo referente a estudios y diseños de proyectos de agua potable. En general se considerarán las siguientes etapas en la ejecución de un proyecto: a) Perfil. b) Prefactibilidad. c) Factibilidad. d) Proyecto definitivo. Perfil: Corresponde a una identificación y conceptualización del proyecto, como consecuencia de existir alguna necesidad insatisfecha o, una demanda de servicio o de mejoramiento. En esta etapa se deberá efectuar una recopilación y análisis de todos los antecedentes que permitan formarse un juicio respecto a la conveniencia técnico económica de llevar a cabo el proyecto. El énfasis está en identificar los beneficios y costos pertinentes, sin incurrir en mayores costos de recursos financieros y humanos para identificarlos, medirlos y valorarlos. De esta manera se puede cumplir con las estipulaciones de la identificación y justificación del proyecto. Prefactibilidad: En esta etapa, se formulan y analizan las posibles alternativas de solución. Para determinar la rentabilidad socioeconómica de las alternativas, se requieren estimativos de los montos de inversión y costos de operación, un calendario de inversiones y cifras aproximadas de los ingresos que se generarían durante su vida útil. Con estos antecedentes, las alternativas se evalúan económicamente, determinando la rentabilidad de cada una de ellas y estableciendo cuales merecen un estudio más profundo. Factibilidad: En esta etapa, se deben confirmar las decisiones tomadas en el estudio de prefactibilidad, complementándose con un análisis más profundo de los factores técnicos, económicos, financieros, institucionales, jurídicos y sociales; y con un análisis ambiental de alternativas. De esta manera se debe definir y seleccionar de una forma sustentada la alternativa más conveniente. Proyecto definitivo: El proyecto definitivo incluirá todos los detalles de las diferentes partes de la obra para permitir su construcción y operación. Estos detalles constarán en el informe final, memorias de cálculos, manuales de operación y mantenimiento, planos para construcción, especificaciones técnicas, ambientales y de seguridad industrial, lista de materiales y equipos y sus respectivos presupuestos, y documentos de licitación. Cabe destacar que un proyecto de inversión en agua potable no necesariamente debe pasar por todas y cada una de las etapas antes citadas, dependerá de su complejidad, necesidad apremiante de ejecución y montos de inversión. En muchos casos, proyectos bien justificados podrán pasar de la prefactibilidad al diseño definitivo; se considera que los proyectos contemplados en los Planes Maestros de Agua Potable ya cuentan con el nivel de prefactibilidad o factibilidad, según el caso, y podrán pasar directamente a las etapas de diseño definitivo. La EMAAP-Q, a través de una instancia superior definirá las etapas que debe cubrir un proyecto; así mismo, podrá definir que esta instancia superior otorgue la aprobación final a

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proyectos de cierta magnitud o importancia estratégica. 1.2.2 Alcance del Perfil del Proyecto En esta etapa corresponde describir el problema existente, determinar los objetivos del proyecto, cuantificar las demandas y/o necesidades y estimar los beneficios que se tendrán con la ejecución del proyecto y la población involucrada. La elaboración del perfil debe incluir un análisis preliminar de los aspectos técnicos, de los estudios de mercado y de la evaluación socioeconómica. 1.2.3 Alcance de los Estudios de Prefactibilidad La preparación del estudio de prefactibilidad generalmente incluye los trabajos que se describen a continuación: •

Recopilación de datos generales de la zona del proyecto: incluye información de aspectos físico-geográficos, topográficos, geológicos, geotécnicos, de amenazas, de riesgos, hidrológicos, vías de comunicación, redes de servicios públicos, aspectos: urbanísticos, de población, de salud, sociales, culturales y políticos e información de facilidades y recursos relacionados con la construcción y operación de las obras, como: mano de obra, equipos, energía y materiales de construcción. Adicionalmente, se debe tener una descripción de los problemas sanitarios relacionados con el servicio de agua potable, las tasas de mortalidad por enfermedades de origen hídrico y otros aspectos pertinentes.

•

Recopilación de datos y diagnóstico de los sistemas existentes: comprende la investigación y análisis de los diferentes elementos del sistema existente de agua potable, de sus condiciones de funcionamiento y de los problemas del servicio actual que deberán ser resueltos por el sistema a proyectar. Igualmente, se debe obtener información de zonas de presión o servicio, calidad del servicio, número de conexiones domiciliarias de agua potable existentes e incremento anual del número de ellas, macromedidores, micromedidores, número, su estado y mantenimiento, estadísticas disponibles de consumo, agua no contabilizada, costos actuales de administración, operación y mantenimiento y valores de facturación y recaudación efectiva. En el caso de un proyecto que incluya la captación de aguas provenientes de fuentes superficiales o subterráneas, se obtendrá, a mas de la información técnica necesaria, la información legal relativa a concesiones, ubicación geográfica y uso actual.

•

Ejecución de estudios de prefactibilidad: incluye la realización de las siguientes actividades y estudios específicos mínimos: -

Definición de los parámetros básicos de diseño, de acuerdo al contenido de las presentes Normas: Período de diseño, estimación de población actual y de su crecimiento al período de diseño, dotaciones, demanda de agua actual y futura y su distribución espacial y temporal, caudales de diseño para los diferentes componentes del sistema, etc.

-

Realización de estudios específicos como son: selección de fuentes de abastecimiento y líneas de conducción, con énfasis en su calidad, cantidad y uso actual, incluyendo tomas de muestras y análisis de calidad del agua; determinación

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de las necesidades de tratamiento, haciendo una selección de los procesos requeridos y prediseñando las unidades necesarias; prediseño del sistema de distribución de agua potable, el cual incluye: líneas de transmisión, tanques de almacenamiento, redes matrices y menores, estaciones de bombeo y otros; planteamiento de las alternativas viables, incluyendo prediseños, esquemas; estudios de caracterización ambiental y análisis de riesgos, análisis de involucrados y de posibles conflictos, problemas geológicos y de suelos, etc. -

Estudio hidrológico que satisfaga la necesidad del proyecto en esta etapa y los requerimientos para los trámites de concesión de las aguas.

-

Estudios geológicos y geotécnicos que determinen las características de suelos y rocas, la estabilidad de los taludes, análisis de riesgos y materiales de construcción, para las alternativas planteadas.

-

Se deben producir planos con la ubicación de las alternativas analizadas dentro del área a desarrollarse; así como esquemas de cada uno de los proyectos que faciliten su identificación y análisis.

-

Estimación de los costos de construcción de los diferentes elementos de las alternativas estudiadas. Para detalles como estructuras, instalaciones electromecánicas, cimentaciones, equipos, detalles arquitectónicos, accesorios, etc., se estimarán valores globales.

-

Estimación de los costos de los estudios de factibilidad y de los diseños definitivos.

-

Comparación de costos. Se realizará una comparación del valor presente o de los costos anuales equivalentes para cada alternativa, en función de la proyección de la demanda de agua. Estos costos incluirán: costos de operación y mantenimiento, costos iniciales de obra civil y de equipos y otros costos tales como: gastos generales, depreciación, intereses, imprevistos y varios.

-

Conclusiones y Recomendaciones: una vez realizada la comparación de costos se hará una recomendación sobre cuales son las alternativas más convenientes, sobre las que se requiere hacer un análisis más profundo en los estudios de factibilidad.

-

Informe Técnico (Memoria): Se presentará un informe técnico, conforme a lo descrito en numeral 1.3 “Presentación de los Proyectos”.

1.2.4 Alcance de los Estudios de Factibilidad La ejecución de los estudios de factibilidad debe incluir mínimo los estudios que se describen a continuación: •

Trabajos de campo: Con el fin de obtener información especifica de las zonas donde se desarrollará el proyecto, se deben realizar las siguientes actividades: -

Levantamientos topográficos o restituciones aerofotogramétricas u otros métodos de acuerdo a la precisión requerida en el proyecto.

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-

Investigaciones geológicas, geotécnicas y de riesgo de estabilidad en los sitios donde se colocarán las estructuras principales.

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Otros trabajos de campo específicos para sistemas de agua potable: ubicación, medición y caracterización de fuentes de abastecimiento, incluyendo aforos, muestreos; levantamientos y estudios de las líneas de conducción y transmisión; ubicación y acotamiento de: plantas de tratamiento, tanques de reserva y regulación, redes de distribución y estaciones de bombeo. En todos los casos se incluirá, para el sistema de abastecimiento de agua potable existente, un levantamiento detallado y el diagnóstico de la capacidad y las condiciones operativas de los diferentes elementos que lo conforman.

Estudios de factibilidad técnica: Trabajos en gabinete (oficina) para procesar la información recopilada en campo y plantear en forma mas detallada las alternativas de solución, incluye: -

Producción de planos de localización del área involucrada y bases para el emplazamiento de las obras.

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Estudios geológicos, geotécnicos y de riesgos de estabilidad.

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Estudio hidrológico que satisfaga la necesidad del proyecto en esta etapa y los requerimientos para los trámites de concesión de las aguas.

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Establecimiento de las bases y parámetros básicos de diseño: profundización de los análisis demográficos: población actual y futura, y su distribución espacial y temporal; análisis histórico de consumos, pérdidas de agua y definición de dotaciones para diseño; demanda de agua actual y futura por habitante para los siguientes usos: doméstico, comercial, industrial, público, pérdidas y desperdicios; variaciones de la demanda: día máximo y hora máxima; demanda contra incendio y volúmenes requeridos de reserva y emergencia.

-

Estudios de impacto ambiental correspondiente a la determinación de impactos de las alternativas planteadas y un esbozo de los planes de manejo de cada alternativa, incluyendo una valoración preliminar de su implementación.

-

Diseños preliminares o prediseños de las partes constitutivas del sistema de abastecimiento de agua (hidráulico-sanitarios, geotécnicos, estructurales y otros); las partes secundarias del anteproyecto se presentarán en diseño esquemático y mediante una breve descripción.

-

Planos: se producirán dibujos de láminas de planimetría y perfiles y cortes de los diferentes elementos o partes constitutivas del sistema, que permitan un análisis de las cantidades de obra principales.

Estudios de factibilidad económica: Incluye las siguientes actividades: -

Presupuesto de las diferentes partes del sistema en cada una de las alternativas estudiadas, con valores más precisos que en la prefactibilidad y apoyados en las cantidades de obra obtenidos en los prediseños. Para las partes secundarias del anteproyecto, tales como estructuras, instalaciones electromecánicas,

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cimentaciones, equipos, detalles arquitectónicos, accesorios, etc., se calcularán cantidades de obras de los ítems principales, y usando costos referenciales se obtendrá un presupuesto sustentado.

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Estimación de costos de operación y mantenimiento para cada alternativa; igualmente valoración de los costos de los planes de manejo ambiental estimados para cada alternativa. Cálculo de los costos anuales equivalentes o valor presente para cada alternativa. Resumen de presupuestos de las diferentes alternativas

-

Estudio de evaluación socioeconómica, según lo previsto en el numeral 1.6 de este Título, y selección y justificación de la alternativa más conveniente.

Informe Final: Se presentará un Informe Final de todas las actividades realizadas en el proyecto indicando los resultados obtenidos, el cual se complementará con sus respectivos anexos, de acuerdo a lo estipulado en el numeral 1.3: “Presentación de los proyectos”.

1.2.5 Alcance del Proyecto Definitivo En la elaboración del proyecto definitivo se incluirán todos los detalles de las diferentes partes de la obra que permitan su construcción. •

Trabajos de Campo: Se refiere a todos los trabajos complementarios, a los realizados en las fases de prefactibilidad y factibilidad, que se requieran para definir todos los detalles necesarios para elaborar un proyecto definitivo, de la alternativa seleccionada en el estudio de factibilidad. En todo caso, el proyectista tiene la obligación de obtener, mediante levantamientos topográficos detallados, toda la información necesaria para poder diseñar obras de toma, conducción, tratamiento, reserva, redes de distribución, y estaciones de bombeo, Igualmente, complementará la información geotécnica disponible en la factibilidad, con una investigación directa con recuperación de muestras inalteradas de suelo que permita definir, con la precisión del caso, los parámetros geotécnicos requeridos en los diseños detallados. Adicionalmente, los trabajos de campo deben incluir el catastro de predios afectados y servidumbres para definición y desarrollo del proyecto. Se deben producir planos detallados de ubicación de las obras y afectaciones prediales.

•

Trabajos de Gabinete: Comprende las siguientes actividades: -

Cálculos hidráulico – sanitarios definitivos. Diseños arquitectónicos completos. Cálculos y diseños geotécnicos. Cálculos estructurales completos. Diseño electromecánico completo. Planos detallados con los cálculos y diseños anteriores. Programación de los trabajos de construcción y flujo de inversiones. Se deberán contemplar los permisos para la ejecución del proyecto expedidos por instituciones a nivel regional, provincial y/o cantonal como: MAE, ANDINATEL, EMOP, DMMA, EMSAT, etc.

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1.3

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Cantidad de obra de cada una de las etapas en que se divide el proyecto y lista de materiales y equipos para cada etapa. Presupuesto detallado de cada una de las etapas. Incluirá los siguientes aspectos: bases y criterios sobre los cuales se formularán los costos de cada categoría de inversión; estudio detallado de cada categoría de inversión; costos de tuberías y equipos para cada una de las partes del proyecto, incluyendo listas detalladas, cantidades, unidades y costos unitarios y totales; identificación y cuantificación de bienes y servicios que se estima serán de origen extranjero; costos de construcción de obras y de instalación de equipos y materiales para cada una de las partes del proyecto, incluyendo cantidades, unidades y costos unitarios y totales; cuadro de resumen de costos del proyecto. Planes de manejo ambiental para las fases de construcción, operación y mantenimiento; planes de contingencia, plan de seguimiento y monitoreo ambiental y plan de implantación y abandono de la obra. Se debe presentar un presupuesto detallado para la implementación de estas actividades, así como un programa de inversiones. Igualmente, se deben analizar aspectos relacionados con la vulnerabilidad y riesgo. Especificaciones de construcción. Especificaciones de materiales, adquisición de equipos y herramientas. En casos pertinentes, documentos de licitación. Estudio financiero y tarifario del proyecto. Los proyectos de gran envergadura deberán incluir los siguientes aspectos: descripción del financiamiento indicando el monto de los recursos provenientes de préstamo y los recursos propios disponibles; el calendario de inversiones y desembolsos del préstamo para el período de ejecución del proyecto; condiciones financieras tentativas propuestas para el préstamo solicitado incluyendo: plazo de amortización, período de gracia, interés durante el período de amortización, interés durante el período de gracia y estudio tarifarío que demuestre, que mediante las tarifas se pueden capitalizar suficientes fondos para el financiamiento de las etapas futuras y garantizar la sostenibilidad administrativa y operativa del proyecto.

Informe técnico del proyecto definitivo: su contenido se ajustará a lo especificado en el numeral 1.3: “Presentación de los proyectos”.

PRESENTACIÓN DE LOS PROYECTOS

Para la presentación de las diferentes etapas de un proyecto se elaborará un Informe que contenga: informe de actividades realizadas, resultados, metodología, cálculos, planos etc. El Informe Técnico (Memoria) contendrá la descripción de todo lo ejecutado, para cubrir tal fin se estructurará la información principal en volúmenes y las de respaldo en anexos; así como un Informe Ejecutivo, el cual se presentará al inicio del Informe Técnico. También se incluirá allí el software utilizado, que tiene que ser compatible con el de la EMAAP-Q, los respectivos archivos de datos, las memorias de cálculo y las referencias bibliográficas utilizadas. Los Informes se presentarán en castellano, debidamente encarpetados, incluyendo carátula, índice general, índice de cuadros e ilustraciones, en formato INEN A4, debidamente numerados. Los textos serán elaborados con la utilización del procesador de palabras y los cálculos elaborados mediante hoja electrónica, compatibles con los que utiliza la EMAAP-Q. Todos los Informes Finales de cada etapa de proyecto deben ser entregados impresos en

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papel, en original, mínimo tres (3) ejemplares; al igual que tres (3) ejemplares en medio digital, de los cuales uno debe ir a la biblioteca de la Empresa. Los planos deberán entregarse en formato INEN A1 con tarjetas tipo de la EMAAP-Q, que serán suministradas por ésta al diseñador, en archivo digital. Los planos se elaborarán en formato CAD. Igualmente, serán entregados en tres (3) ejemplares en papel bond y en medio digital. Toda la información cartográfica, topográfica, geotécnica, de catastro de redes e instalaciones, y en general toda aquella que corresponda a complementación de la información digital que sobre su Infraestructura física posee la EMAAP-Q, deberá ser estructurada de forma tal que permita migrar al Sistema de Información Geográfica (SIG) de la Empresa, teniendo en cuenta las especificaciones detalladas que posee la EMAAP-Q para este tipo de reportes (ver Anexo No.1). A continuación se listan los aspectos mínimos que deben ser incluidos en el Informe Técnico, según la etapa del Proyecto. 1.3.1 Perfil de proyecto El Informe de perfil de proyecto debe describir claramente los siguientes puntos: -

Descripción detallada del problema que se tiene y definición de los objetivos del proyecto. Cuantificación de la necesidad que se atenderá con el proyecto. Identificación preliminar de la posible solución. Aproximación a los costos del proyecto. Evaluación preliminar de beneficios a obtenerse y población beneficiada. Esquemas generales e implantación sobre cartografía existente del proyecto.

1.3.2 Prefactibilidad La memoria técnica de un estudio de prefactibilidad, en general, contendrá los siguientes puntos: - Resumen de las características de la comunidad, diagnóstico del estado físico y operativo de los sistemas de agua potable en servicio y análisis de la calidad de las aguas. - Parámetros básicos de diseño. - Descripción de las alternativas viables y sus partes constitutivas. - Resultados de los prediseños. - Presupuestos estimativos de construcción y costos de producción. Costos anuales equivalentes o valor presente total de cada alternativa. - Conclusiones y recomendaciones del estudio. - Planos, esquemas, cuadros y cálculos efectuados, con el respaldo de la bibliografía utilizada. - Perfiles topográficos del proyecto para cada alternativa analizada. - Anexos. - Memoria ejecutiva. - Bibliografía utilizada.

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1.3.3 Factibilidad El Informe del estudio de factibilidad contendrá en general, los siguientes puntos: -

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Identificación de la necesidad y justificación del proyecto. Resumen de las características de la zona, de la comunidad, de los sistemas existentes y análisis de la calidad de las aguas. Planos de los sistemas existentes que estén disponibles y que se hayan elaborado en el estudio. Parámetros básicos de diseño. Resultados de los diseños preliminares. Descripción ampliada de las alternativas estudiadas y sus partes constitutivas. Resumen del presupuesto de las diferentes partes del proyecto en cada una de las alternativas. Comparación de los costos anuales equivalentes o del valor presente total de cada alternativa. Justificación técnica, económica-financiera y ambiental de la alternativa seleccionada. Conclusiones y Recomendaciones. Factibilidad económica financiera para recuperación del capital de la alternativa seleccionada. Planos: cortes y plantas de las diferentes partes constitutivas de los proyectos. Se deben presentar perfiles topográficos del proyecto, con sus respectivos datos sobre la línea piezométrica, presiones, pérdidas de carga y diámetros de las tuberías prediseñadas. Anexos (copias de los borradores de cálculo, en caso de ser requeridos; libretas de campo; estudios específicos, etc.). Bibliografía utilizada. Informe Ejecutivo. Informe de evaluación ambiental de acuerdo a los requerimientos legales y de otra índole. Estudios tendientes a obtener la concesión de agua.

1.3.4 Proyecto definitivo El Informe Final del proyecto definitivo se estructurará de la siguiente manera: •

Antecedentes del Proyecto.

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Descripción y justificación del proyecto.

•

Resumen de las características de la zona del proyecto y de la comunidad involucrada.

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Resumen de las características de los sistemas de agua potable existentes y número de usuarios.

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Planos de los sistemas existentes que estén disponibles y que se haya elaborado en el estudio.

•

Resumen general del proyecto, incluyendo conclusiones y recomendaciones.

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Datos generales. Incluirá los siguientes puntos:

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Período de diseño. Población total actual y su distribución espacial. Población total futura estimada y su distribución espacial. Población flotante. Área a servir con el proyecto. Dotación de agua actual y futura. Demanda de agua, actual y futura y su distribución espacial.

Datos específicos. Incluirá lo siguiente: -

Coeficiente de día de máximo consumo. Coeficiente de hora de máximo consumo. Características de la fuente (captación). Calidad físico - químico - microbiológica del agua cruda, incluyendo un análisis completo. Caudal máximo, mínimo y garantizado de la fuente. Caudal concesionado. Sistema de conducción (gravedad o por bombeo). Tipo de unidades de tratamiento; equipos y substancias químicas. Caudal de proyecto de la planta de potabilización. Volumen del depósito de agua filtrada para consumo interno y de la planta. Sistema de transmisión, distribución y almacenamiento (reserva). Caudal de incendio por hidrante. Duración del incendio en horas. Volumen de regulación. Volumen de agua para incendios. Volumen de emergencia. Volumen total de almacenamiento (reserva). Presiones dinámicas máxima y mínima en la red de distribución. Longitud de las tuberías en la red, clasificadas por diámetros. Número y tipo de conexiones domiciliarias, clasificadas por diámetros y usos. Capacidad de las estaciones de bombeo y curva (s) del sistema (s). Tiempo de bombeo diario.

•

Listas de materiales, equipos y volúmenes de obra.

•

Presupuesto de construcción.

•

Plan de manejo ambiental, Plan de contingencia, Plan de seguimiento y monitoreo, Plan de seguridad y salud ocupacional y Plan de implantación y abandono de la obra.

•

Estudio financiero y tarifario.

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Especificaciones técnicas de materiales, adquisición de equipos y herramientas.

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Especificaciones técnicas de construcción.

•

Manuales de operación y mantenimiento.

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Planos detallados para construcción. Se deben presentar perfiles topográficos del proyecto, con sus respectivos datos sobre la línea piezométrica, presiones, pérdidas de carga y diámetros de las tuberías diseñadas.

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Documentos de licitación (en caso de ser aplicable).

•

Anexos (copias de los borradores de cálculo, cálculos estructurales; estudios específicos, etc.).

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Bibliografía utilizada.

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Informe de afectaciones prediales.

•

Informe de evaluación económica-financiera definitivo.

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Informe Ejecutivo.

1.3.5 Planos •

El orden de presentación de los planos será: -

Planos generales: carátula, índice de planos, esquema general del proyecto. Mapas temáticos de la zona del proyecto (uso del suelo, geológicos, de riesgo, etc.) Planos topográficos, planta y perfil. Planos de afectación predial. Planos hidráulicos – sanitarios. Planos arquitectónicos. Planos estructurales. Planos eléctricos, mecánicos y de instrumentación. Planos de los sistemas de comunicación y control automatizado. Planos de montaje. Planos de detalle y otros.

•

En los planos de detalle, todas las piezas especiales y accesorios se numerarán dentro de un círculo, incluyendo la lista respectiva en la parte superior derecha de la lámina.

•

Todo plano revisado que requiera una corrección mantendrá el mismo número de la lámina original, añadiéndose una letra con la cual se identificará; además, la enmienda señalada.

•

Los planos deberán señalar la identificación de aquellas láminas con las cuales guardan relación.

1.3.6 Escalas a utilizarse en los planos y dibujos -

Para mapas topográficos, temáticos y planos de zonas grandes, 1:100 000; 1:50 000; 1:25 000.

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Para planos de zonas urbanas, 1:50 000; 1:25 000; 1:10 000; 1:5 000; 1:1 000; y 1:500.

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-

Para planos y proyectos en escala grande, 1:2 500; 1:2 000; 1:1 000; y 1:500. En el caso de perfiles, la escala vertical será 10 veces mayor que la escala horizontal.

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Para planos preliminares, 1:500; 1:200; y 1:100.

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Para planos de edificios y estructuras, 1:200; 1:100; y 1:50.

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Para dibujos en escala grande y detalles, 1:20 y 1:10.

-

Todas las leyendas que se anoten en los planos estarán en idioma español y las dimensiones, expresadas en unidades, múltiplos y submúltiplos, del sistema internacional (SI), de acuerdo a las normas INEN.

-

El tamaño de las tarjetas deberá ceñirse a lo establecido por el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) y por la EMAAP-Q.

IDENTIFICACIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE PROYECTOS

La identificación y la justificación de los proyectos es una actividad básica del planeamiento que busca que los proyectos sean sólidos desde su concepción, que satisfagan necesidades del sector de agua potable, racionalizando los recursos e inversiones, de forma que se garantice la sostenibilidad del proyecto. La secuencia de planeamiento inicial que debe seguir un proyecto de agua potable es la siguiente: 1.4.1 Descripción del Problema Cualquiera de las Gerencias o Dependencias de la EMAAP-Q que requiera un proyecto debe presentar en forma concreta el (los) problema(s) o la(s) necesidad(es) que se va(n) a solucionar con su ejecución, con el fin de justificar su realización en la medida en que se obtengan beneficios sociales en al área de su jurisdicción. El problema debe expresarse en términos de alguna o varias de las siguientes condiciones y causas: 1. Carencia de los servicios de agua potable por inexistencia de la infraestructura física necesaria. 2. Prestación insuficiente del servicio objeto del sistema en cuanto a cobertura, continuidad, seguridad y/o calidad. 3. Deficiencia en la prestación del servicio causada por malas condiciones de la infraestructura existente. En la medida de lo posible debe cuantificarse físicamente la deficiencia en términos de variables como continuidad y/o cobertura. 4. Existencia de problemas de salud pública solucionables con la ejecución del proyecto de agua potable. 5. Existencia de problemas relacionados con el deterioro del medio ambiente, los recursos hídricos y los ecosistemas naturales, o aquellos causados por el incumplimiento de las normas ambientales y otras.

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6. Necesidad de optimizar costos y reducir costos de operación y mantenimiento. 1.4.2 Determinación del Objetivo del Proyecto La Gerencia o Dependencia de la EMAAP-Q que promueva y desarrolle inversiones en una zona o sector, debe definir un objetivo concreto del proyecto, el cual debe estar dirigido a solucionar el problema identificado, sus causas y consecuencias, así como las características de la población y de la zona que está siendo afectada por el mismo. El objetivo debe indicar claramente el estado deseado que se espera obtener a través de la ejecución del proyecto y expresarse en términos de resultados. Como regla general, el objetivo debe cumplir con las siguientes condiciones: 1. Incidir significativamente a la solución de la necesidad identificada. 2. Ser realista y realizable bajo las condiciones externas que lo afectan y debe contar con los recursos previstos. 3. Ser medible y cuantificable en el tiempo a través de uno o más indicadores. 4. Estar delimitado en el tiempo. 5. Permitir la comparación de la situación actual y futura en forma clara y precisa. 6. Incorporar beneficiarios o grupos objetivo. 7. Insertarse en los lineamientos (marco de referencia) a largo plazo previstos en el plan maestro del servicio de agua potable. 8. Estar de acuerdo con el Plan de Desarrollo Territorial de la zona, de tal manera que se evite favorecer el desarrollo urbano caótico y descontrolado.

1.4.3 Cuantificación de la Demanda y/o Necesidades El diseñador del proyecto debe calcular las demandas actuales y futuras de su sistema con el objetivo de estimar la capacidad necesaria de las obras por construirse, así como de planear adecuadamente las expansiones de cada uno de los componentes. Para esto, deberá basarse en datos existentes en la EMAAP-Q, y llevar a cabo las siguientes actividades: 1. Estimar la demanda del servicio objeto del sistema y las necesidades reales de capacidad en el periodo de evaluación o diseño, considerando el efecto de las diferentes actividades económicas permanentes y temporales dentro del periodo de análisis que puedan implicar un aumento en la demanda. 2. Definir un periodo de diseño, que será el periodo de tiempo durante el cual la capacidad del sistema debe permitir satisfacer la demanda de la población. 3. Estimar la población actual y futura de la zona del estudio, con base en el periodo de diseño. 4. Realizar una estimación del nivel máximo de servicios y/o capacidad que será posible atender cada cinco años del período de diseño, utilizando la información de la capacidad instalada en el momento del diseño y los planes de expansión previstos.

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5. Obtener un estimativo del déficit en la prestación de los servicios en cada año durante el periodo analizado, el cual es calculado como la diferencia entre la oferta y la demanda. 1.4.4 Evaluación del Sistema Existente En el caso de ampliaciones de un sistema, el diseñador encargado del proyecto, debe realizar una evaluación del mismo, buscando obtener información sobre el funcionamiento general, la capacidad máxima real, la eficiencia y los criterios operacionales. Después del análisis debe diagnosticar si es posible mejorar o no los niveles de eficiencia del sistema. El análisis debe cubrir los siguientes puntos: 1. Nivel y estado actual de los servicios. 2. Evaluación y diagnóstico del estado de la de la red y obras físicas. 3. Estado del catastro de las obras. 4. Información sobre labores de mantenimiento realizadas en los 2 últimos años, donde se incluyan, en lo posible, los daños ocurridos de forma imprevista, su causa y métodos de reparación. 1.4.5 Justificación del Proyecto La justificación de un proyecto se fundamenta en la identificación y cuantificación de los beneficios a ser logrados con la implementación del proyecto, el cual debe estar orientado para cumplir los objetivos estipulados. La operación, funcionalidad y mantenimiento de las obras en el futuro debe ser claramente definida y sustentada para garantizar la sostenibilidad del proyecto en el tiempo, la permanencia de la solución y la inversión productiva de los recursos empleados. 1.4.6 Determinación de la Población Beneficiada Como complemento a la justificación de un proyecto de agua potable, el diseñador del proyecto debe determinar la población directa o indirectamente afectada por el problema detectado en el numeral anterior, así como la población objetivo o beneficiada con la ejecución del proyecto, calculada dentro del periodo de diseño del mismo. 1.4.7 Priorización de Proyectos La priorización de proyectos de agua potable debe hacerse de acuerdo a los siguientes lineamientos: 1. Obras previstas en el Plan Maestro de Agua Potable, las cuales tienen un horizonte de planeamiento de largo plazo. 2. Obras previstas para atender las necesidades de mediano plazo, en zonas especificas del sistema y que no están consideradas en el Plan Maestro.

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3. Necesidades de corto plazo que aparecen como inmediatas o urgentes para mejorar las condiciones de operación y mantenimiento del sistema o extensiones del servicio, que surgen de manera imprevista. 1.4.8 Determinación de actividades complementarias a la ejecución de un Proyecto de agua potable Cualquier proyecto dirigido a la ampliación de la cobertura o mejoramiento del servicio de agua potable debe complementarse usualmente con alguna de las siguientes actividades: 1. Ampliación de cobertura de alcantarillado sanitario, por incremento de los caudales consumidos y devueltos como aguas residuales. 2. Plan de mejoramiento de la calidad del agua. 3. Plan de incremento de los niveles de macromedición. 4. Programa de ampliación de cobertura de la micromedición. 5. Programa de control de presiones y reducción de agua no contabilizada. 6. Verificación de dotaciones y plan dirigido a reducir el consumo de agua. Utilización de artefactos sanitarios de bajo consumo y campañas de ahorro de agua. Para cada proyecto específico de agua potable la EMAAP-Q analizará y definirá los temas que considere técnica y económicamente razonables de ser considerados como proyectos complementarios.

1.5

ESTUDIOS GENERALES PREVIOS

La realización de cualquier tipo de estudio o diseño de un sistema de agua potable conlleva la ejecución de una serie de estudios generales previos que tienen como objeto tener un conocimiento básico de la zona donde se ejecutará el proyecto. La magnitud y profundidad que deben tener estos estudios generales previos dependen de la etapa de ejecución del proyecto y del tamaño del área que involucre. A continuación se presenta un listado de los principales estudios previos que deben realizarse, dando algunos lineamientos generales de su aplicación. 1.5.1 Descripción de la zona del proyecto El diseñador debe describir y justificar las condiciones físicas, económicas y sociales de la localidad en la cual se planea llevar a cabo el proyecto de agua potable. Deberá tener en cuenta además los diferentes usos del suelo e identificar los tipos de consumo de agua predominantes en la zona. 1.5.2 Geología, Geotecnia y Riesgos Para proyectos de agua potable es necesario establecer de manera general las características de las principales formaciones geológicas, geomorfológicas y fisiográficas de

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la región, del paisaje y la topografía asociada con la localidad, con el fin de identificar las fallas geológicas activas que se localicen en el área circundante del proyecto, el riesgo de estabilidad y el grado de sismicidad a que puede estar sometido. Igualmente, se debe analizar la posibilidad de existencia de aluviones y deslizamientos. Los estudios de geotécnia deben contemplar el reconocimiento general del terreno afectado por el proyecto, para evaluar sus características en un estudio que incluya como mínimo lo siguiente: clasificación de los suelos y rocas, permeabilidad, nivel freático, características físico - mecánicas y características químicas, que identifiquen la posible acción corrosiva del subsuelo sobre elementos metálicos y no metálicos que van a quedar enterrados. El diseñador, con aprobación de la Supervisión, puede establecer la necesidad de llevar a cabo estudios más detallados de geología y/o geotecnia, justificando las razones por las cuales se formula dicha recomendación. 1.5.3 Topografía Deben elaborarse estudios topográficos con un nivel de detalle y precisión de acuerdo con el tipo de obra que se proyecte y la etapa del proyecto que esté en consideración. La metodología de los levantamientos, la exactitud requerida, los equipos a utilizar y las características de los productos a entregar serán los definidos en las “Especificaciones técnicas para trabajos de geodesia, topografía, restitución fotogramétrica y sistemas de información geográfica SIG” que posee la EMAAP-Q y que forman parte de los Anexos de estas Normas (véase Anexo No.1). 1.5.4 Recursos Hídricos y Climatología Deben identificarse las fuentes de aguas superficiales y subterráneas para el abastecimiento de agua potable. En cada una de ellas se debe estimar el caudal confiable, para diferentes niveles de probabilidad, que se puede utilizar para el nuevo proyecto sin afectar los usos actuales y los caudales ya concesionados. Se debe usar toda la información directa disponible y de no existir apelar a obtener información indirecta a partir de datos de lluvia existente, con la ayuda de modelos lluvia-escorrentía. Igualmente, para cada fuente de agua se debe analizar la calidad de agua y los posibles requerimientos para su potabilización; así como la perspectiva futura de mantener una buena calidad. Se debe recopilar la información climática existente en la zona, especialmente en lo referente a: precipitación, temperatura, vientos, humedad, brillo solar, etc. 1.5.5 Descripción de la Infraestructura Existente Deben identificarse las principales obras de infraestructura construidas y proyectadas dentro de la zona de influencia del sistema de agua potable por desarrollar, tales como: carreteras, puentes, líneas de transmisión de energía y cualquier otra obra de importancia. Se deben identificar las redes de otros servicios públicos en la zona, tales como redes de gas, teléfono, energía y oleoductos y sus respectivas áreas de servidumbre con las cuales podrían presentarse interferencias.

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1.5.6 Características Socioeconómicas Deben determinarse las condiciones socioeconómicas de la localidad o área en estudio, con base en información primaria y/o secundaria, es importante conocer la estratificación socioeconómica, la distribución espacial de la población, los niveles de ingreso y las actividades económicas predominantes. Es necesario establecer el crecimiento y las tendencias de desarrollo industrial y comercial. Se debe tener en cuenta los períodos del año en que se presentan incrementos de la población flotante con motivo de eventos y celebraciones típicas propias de la zona. 1.5.7 Comunicaciones Se debe identificar el tipo, calidad y cobertura de los servicios de telefonía, televisión, radio, internet y similares, en particular en zonas alejadas y de difícil acceso, con el fin de conocer la oferta de los mismos y su relación con el proyecto. 1.5.8 Vías de Acceso Debe realizarse un inventario de las carreteras, caminos, ferrocarriles, así como de las rutas de transporte que brindan el acceso a la localidad, estableciendo las distancias a las áreas céntricas urbanas más cercanas. Esto permitirá establecer la facilidad del transporte requerido de personal, materiales y equipos para la ejecución de las obras. 1.5.9 Disponibilidad de Mano de Obra y Equipos Se debe analizar la disponibilidad de mano de obra calificada y no calificada para la construcción de las obras y de personal técnico para labores de operación y mantenimiento, al igual que los salarios vigentes en la localidad. Igualmente, se debe indagar sobre la existencia de equipos para construcción que puedan ser obtenidos en alquiler y los costos diarios y horarios relacionados. 1.5.10 Disponibilidad de Materiales de Construcción y Energía Eléctrica Se debe establecer la disponibilidad y capacidad de producción local, regional y nacional de materiales y equipos requeridos para la construcción de las obras. Sobre la disponibilidad de energía eléctrica, deben determinarse la disponibilidad y confiabilidad del suministro de energía eléctrica en la localidad, lo mismo que las características de tensión, potencia y frecuencia del servicio. Las tarifas de consumo de energía también deben ser analizadas dentro del estudio socio-económico. 1.5.11 Diseños estructurales Para el cálculo y dimensionamiento, se modelarán las diversas estructuras del proyecto utilizando programas computacionales, dependiendo de la complejidad del proyecto y los requerimientos específicos de la EMAAP-Q. Para el efecto se definirán los materiales, las cargas actuantes sobre las estructuras y se realizaran las comprobaciones de los esfuerzos en las secciones críticas para determinar los refuerzos correspondientes, optimizando las armaduras con el fin de determinar deformaciones no admisibles.

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En el diseño de las estructuras se considerarán condiciones de estabilidad y seguridad, tanto en la etapa constructiva como operativa. Las cargas, combinaciones de carga, coeficientes de mayoración y especificaciones técnicas a utilizar en las diferentes etapas de un proyecto, serán las establecidas en el Código ACI-318-96 (American Concrete Institute), en el Código Ecuatoriano de la Construcción y en las Normas de Diseño de la EMAAP-Q. Con el diseño y verificación definitiva de las secciones de las estructuras, se elaboraran planos de armado y cantidades de obra para cada rubro; además, de las especificaciones técnicas que permitan elaborar el presupuesto de obras y las recomendaciones constructivas. 1.5.12 Definición Institucional de Responsabilidades. Debe definirse el tipo de concertación y coordinación entre la EMAAP-Q, como responsable del proyecto de agua potable y la comunidad involucrada; así como las otras empresas de servicios públicos y otras entidades municipales involucradas por tener jurisdicción en la zona de desarrollo del proyecto; definiendo las responsabilidades y acciones concretas que debe desarrollar cada una de ellas. 1.5.13 Participación Ciudadana y Consulta Previa Debe considerarse la participación de la ciudadanía en los diferentes aspectos del proyecto conforme a lo establecido en la Constitución Política de la República del Ecuador, la Ley de Gestión Ambiental, el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (Libro VI, Titulo I, Capítulo III, articulo 20), en aspectos como: identificación de problemas, procesos de fiscalización en ciertas etapas del proyecto, socialización de los beneficios del proyecto y el manejo del impacto urbano durante la ejecución de las obras.

1.6

EVALUACIÓN SOCIOECONÓMICA

La evaluación socioeconómica de proyectos debe realizarse con el objeto de medir el aporte neto de un proyecto al bienestar de una comunidad. Para proyectos de agua potable se estipulan los siguientes procedimientos: •

Análisis costo-eficiencia, utilizados para determinar la alternativa recomendable en estudios de prefactibilidad y factibilidad.

•

Análisis de costo mínimo de expansión de capacidad, para determinar las etapas óptimas de implementación de un proyecto, usualmente a nivel de factibilidad y de diseño detallado.

•

Análisis beneficio-costo, con el fin de justificar el aporte de un proyecto al bienestar de la comunidad, usualmente a nivel de factibilidad.

1.6.1 Análisis Costo - eficiencia Se elaborará una comparación de los costos de varias alternativas técnicamente factibles de proyectos, con el fin de seleccionar aquella que tenga el menor valor presente de los costos

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de inversión, operación y mantenimiento. El análisis de costo-eficiencia debe partir de las siguientes suposiciones: • • •

Que debe utilizarse la tasa social de descuento establecida. Que los beneficios derivados de las alternativas estudiadas son los mismos. Que los beneficios son mayores que los costos en cada alternativa.

El análisis selecciona el proyecto que resulte con el menor valor presente neto entre las alternativas posibles. 1.6.2

Análisis de Costo Mínimo de Expansión de Capacidad

El objetivo es determinar los periodos que resulten óptimos para la ejecución de expansiones de capacidad de un sistema, teniendo en cuenta el efecto opuesto que se presenta entre las economías de escala y el costo de oportunidad de capital. El período óptimo de expansión de capacidad para un sistema debe ser definido buscando el equilibrio entre el período dado por la economía de escala que tiende a un periodo largo y el período determinado por el costo de oportunidad de capital que tiende a ser un periodo corto con componentes de menor capacidad. 1.6.3

Análisis beneficio-costo

Para realizarlo se deberá contar con la información actualizada sobre los aspectos socioeconómicos y demográficos de la población beneficiaria del proyecto que permitan su evaluación económica (Ingreso familiar, estado actual de los servicios de saneamiento, costo de consecución de agua por métodos alternativos, cantidad de agua consumida y enfermedades de origen hídrico y costos estimados en su atención). Cada proyecto analizado debe corresponder a la solución de mínimo costo económico, y deberá estar dimensionado para atender el consumo calculado a partir de la curva de demanda de la zona del proyecto para el año horizonte. La demanda se calculará con base en la tarifa futura (utilizar costos marginales de largo plazo), el ingreso esperado y todas aquellas variables independientes pertinentes. En los análisis se deberán utilizar los costos económicos (de oportunidad o eficiencia) incrementales de inversión, operación, mantenimiento y reposición incluyendo costos de terrenos, y las externalidades o mitigación de impactos ambientales. Para el análisis beneficio-costo y la comparación de alternativas se utilizará una tasa de descuento del 12%. No deberán ser considerados los costos por inflación y por lo tanto se supondrán los costos unitarios constantes durante el horizonte del proyecto. En el análisis se calculará el flujo de beneficios netos del escenario con proyecto y del escenario sin proyecto. Para el análisis de la viabilidad económica de los proyectos, con este flujo se calcularán los índices de rentabilidad como el Valor Actual Neto y la Tasa Interna de Retorno utilizando una tasa de descuento del 12% y un período de análisis de 30 años. También se efectuará el análisis de sensibilidad y riesgo para las variables más significativas. El análisis debe considerar un régimen tarifario que tome en cuenta la capacidad de pago de la población, para demostrar que los costos de inversión y de operación y mantenimiento del sistema pueden ser recuperados y permiten garantizar que el proyecto sea auto sostenible en el tiempo.

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Todos los parámetros y supuestos utilizados deberán estar debidamente justificados y sustentados con información primaria, fuente de origen, cálculos y otros respaldos. Se deberá presentar un resumen de la siguiente información: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j.

Población actual. Población a la fecha horizonte. Tasa de crecimiento con la respectiva justificación. Consumo calculado a partir de la curva de demanda. Proyecciones de consumo con base en a., b., c., y d. Proyecciones de beneficios. Proyecciones de costos. Flujo de beneficios netos, valor presente neto y tasa interna de retorno. Ingreso per cápita medio mensual de la población beneficiada a la fecha. Porcentaje de la población de bajos ingresos o en nivel de pobreza.

Los beneficios derivados de proyectos de agua potable se refieren al ahorro de costos y al aumento de consumo. •

Ahorro de costos

Se incluirán como ahorro de costos los valores de lo que actualmente pagan los consumidores por la compra de agua por métodos alternativos. En caso de que la Empresa reparta el agua en camiones cisterna, se incluirá como beneficio el costo en que incurre sin incluir lo que cobra. Se adicionará el costo por hervir el agua. •

Incremento de consumo

Se valorará el incremento de consumo por tener mayor disponibilidad de agua calculado mediante la integral bajo la curva de demanda entre los valores de consumo con y sin proyecto. Es de anotar que se debe utilizar la curva de demanda correspondiente si el proyecto es solo de agua potable o si incluye alcantarillado como proyecto complementario. •

Proyectos de rehabilitación

Los beneficios en los proyectos de rehabilitación dependerán si en la actualidad hay o no racionamiento. En caso de que no haya racionamiento, el beneficio sería la diferencia de costos de operación entre los casos con y sin proyecto. En el caso en que haya racionamiento, los beneficios serían la diferencia de costos de operación y mantenimiento en los escenarios con y sin proyecto más el valor económico del incremento en consumo. Una forma alternativa de evaluarlo es calcular el beneficio como la diferencia de los costos en valor presente de la expansión del sistema incluyendo la captación de nuevas fuentes de agua en los casos con y sin proyecto.

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1.7

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ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL

1.7.1 Marco Legal El Art. 15 del Libro VI del TULAS, determina que “La institución integrante del Sistema Nacional Descentralizado de Gestión Ambiental, en su calidad de Autoridad Ambiental de Aplicación debe disponer de métodos y procedimientos adecuados para determinar la necesidad (o no) de un proceso de evaluación de impactos ambientales en función de las características de una actividad o un proyecto propuesto”. Mediante resolución Ministerial No. 130, del 6 de diciembre de 2004, en su Art. 1 el Ministro del Ambiente resuelve “Aprobar y conferir al Municipio Metropolitano de Quito la Acreditación y el derecho a utilizar el sello del Sistema Único de Manejo Ambiental”. En el Art. 3, se determina que “El Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, otorgará Licencias Ambientales para la ejecución de proyectos exclusivamente dentro de su competencia y jurisdicción territorial, cuya ubicación no se encuentre total o parcialmente dentro del Patrimonio Nacional de Áreas Naturales y del Patrimonio Forestal, Bosques y Vegetación Protectores del Estado, ni estén comprendidos en lo establecido en el Art. 12 del Sistema Único de Manejo Ambiental SUMA y en el Libro VI del Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria”. Con esta resolución, el Municipio de Quito, a través de la Dirección Metropolitana de Medio Ambiente, es la Autoridad Ambiental de Aplicación responsable dentro de su jurisdicción. Dicha autoridad está respaldada con la Ordenanza Metropolitana 146, la cual regula todo lo referente al proceso de Evaluación Ambiental dentro del área Metropolitana de Quito, a excepción de lo indicado en el párrafo anterior. De esta manera, la Ordenanza Metropolitana 146, en su Capítulo V determina cuales son los proyectos o acciones que requieren la presentación de un Estudio de Impacto Ambiental para la obtención de la Licencia Ambiental, o la presentación de una Declaración Ambiental para la obtención de un Certificado Ambiental. En este sentido, en su Art. II381.n, la ordenanza establece que “El proponente de una acción, obra, proyecto o actividad que pueda producir un impacto ambiental significativo y generar un riesgo ambiental, o produzca o pueda producir los efectos citados en el Art. II381.f, previamente a iniciar cualquier acción, obra, proyecto o actividad, deberá elaborar y presentar los términos de referencia y el Estudio de Impacto Ambiental y recibir la aprobación de la Unidad Administrativa Encargada del Ambiente”, en caso de no estar cobijado por este artículo, el Art. II381.i, establece que se precisará de una Declaración Ambiental, DAM, “para la realización de cualquier obra, actividad o proyecto, que a pesar de generar impactos ambientales no sea uno de los casos previstos en el Art. II382.13 ni produzca los efectos previstos en el Art. II381.g de este capítulo”. 1.7.2 Propósito Identificar tempranamente en el ciclo correspondiente del proyecto, las distintas consecuencias ambientales (benéficas o perjudiciales), a tomarse en cuenta desde la selección de la zona para el proyecto, planificación, diseño, construcción y operación del mismo. Al visualizar de manera integral las posibles interacciones de los sistemas físicos, bióticos, socios económicos y sus posibles respuestas ante el proyecto; permitirá optimizar los mismos mediante la prevención, mitigación o compensación de efectos adversos, previniendo posible sobre-costo y demoras.

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1.7.3 Etapas de los Estudios de Impacto Ambiental (EsIA) A cada uno de los ciclos del Proyecto, corresponderá una etapa de los EsIA: En la Prefactibilidad se desarrollará la línea base ambiental; etapa en la que se describirá las condiciones iniciales en la que se encuentra la zona donde se construirá y operará el Proyecto propuesto. El estudio desagregará el ambiente en el Sistema Físico (Componentes agua, aire, suelo, clima, geología y sismicidad, geomorfología y erosión, hidrología y sedimentos, calidad del aire, usos del agua), Sistema Biótico (componentes: flora, fauna, biota acuática, ecosistema terrestre, ecosistema acuático), Sistema Antrópico (Componentes: Cultura, espacio, demografía, arqueología, organización socio-económica, salud pública, servicios públicos). En la Factibilidad se desarrollará el Diagnóstico Ambiental de Alternativas; en esta etapa se realizará la descripción técnica del Proyecto, en la que se identificará el área de estudio y se determinará las áreas de influencia directa e indirecta. Se ubicará el proyecto con sus características y procesos, desagregándolo en actividades. Se procederá a la calificación ambiental de las áreas afectadas. Se realizará el balance ambiental, procediendo a la identificación, valoración, calificación de impactos; para establecer las actividades del Proyecto más deteriorantes y los elementos del medio más afectados. Para la identificación y valoración de impactos ambientales se utilizarán al menos uno, de los cuatro tipos de metodologías: listas de revisión, verificación o referencia; matrices causa – efecto; técnicas geográficas; y métodos cuantitativos. Se plantearán las medidas de corrección, a través de los lineamientos del Plan de Manejo Ambiental. Las medidas propuestas deben ser valoradas a fin de incluir su costo dentro de la factibilidad económica del Proyecto. Todo este procedimiento se realizará para las alternativas propuestas. En la etapa de Diseño Definitivo, se realizará el Estudio de Impacto Ambiental de la alternativa seleccionada como la más viable; para lo cual se establecerá la caracterización ambiental detallada, con el procedimiento descrito en la Factibilidad. Además se elaborará el Plan de Manejo Ambiental (PMA), el Plan de Monitoreo y Seguimiento (PMS), el Plan de Seguridad y Salud ocupacional, y el Plan de Contingencias. 1.7.4 Criterios y directrices de las EIA Para la preparación de las EIA el consultor se referirá a lo establecido en la LEY DE GESTIÓN AMBIENTAL; en el TULAS, LIBRO VI TITULO I, CAPÍTULO III; en el REGLAMENTO AL ART. 28 DE LA LEY DE GESTIÓN AMBIENTAL SOBRE LA PARTICIPACIÓN CIUDADANA Y CONSULTA PREVIA; y en la ORDENANZA METROPOLITANA No.146, CAPÍTULO V.

1.8

CALIDADES Y REQUISITOS DE LOS PROFESIONALES QUE INTERVIENEN EN LOS ESTUDIOS, DISEÑOS Y SUPERVISIÓN

1.8.1 Calidad de los Diseñadores y de los Supervisores de Diseño El diseñador y el supervisor o revisor de diseño, deben ser ingenieros civiles con experiencia en los temas relacionados con el proyecto, de preferencia con estudios de especialización

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en dichos temas. En cada caso, se deben respetar las exigencias legales para dirigir estudios especializados y para firmar los respectivos planos. En todos los casos los diseñadores deben tener vigente la matrícula profesional y los requisitos de experiencia que se señalan en el numeral 1.8.2, a continuación: 1.8.2 Experiencia Específica de los Diseñadores y de los Supervisores o Revisores de Diseño. Los diseñadores y los supervisores o revisores de diseño deben poseer una experiencia general y una experiencia específica mayor o igual a la especificada en la siguiente tabla, en el ejercicio de la actividad correspondiente al diseño en cuestión, demostrable por trabajos ejecutados directamente o bajo la dirección de un profesional facultado para tal fin, contada a partir de la expedición de la Matrícula Profesional.

Especialidad Director de Diseño Diseños hidráulicos y sanitarios Diseños estructurales Diseños geotécnicos Diseños eléctricos, electrónicos y Mecánicos Financieros Ambientales

Experiencia General

Experiencia Específica

5 años 4 años 4 años 4 años

2 años 2 años 2 años 2 años

3 años 4 años 4 años

2 años 2 años 2 años

1.8.3 Grados de la Supervisión de diseños El grado de supervisión técnica que se debe emplear está determinado por la magnitud del proyecto y la etapa de ejecución. Proyectos que involucren toda la ciudad, o grandes áreas de ésta, y que correspondan a estudios de factibilidad o diseños definitivos, requieren Supervisión continua; la cual será realizada directamente por funcionarios de la EMAAP-Q o contratada con firmas consultoras, si así conviene. Proyectos de prefactibilidad y proyectos en áreas o zonas pequeñas, requieren una Supervisión no continua y puede ser realizada por funcionarios de la EMAAP-Q o contratada con ingenieros civiles y sanitarios a título individual. Para proyectos realizados por administración directa, la supervisión puede ser realizada por otros funcionarios de la Empresa. Para proyectos de magnitud la Gerencia General de la EMAAP-Q, puede crear un Comité Técnico o instancia superior para la Supervisión y aprobación del Proyecto.

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TITULO 2: ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA

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TITULO 2: ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA ÍNDICE Página ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA .......................55

2.

2.1 ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN Y SU DISTRIBUCIÓN ESPACIAL ...................55 2.1.1 Requisitos Básicos ........................................................................................... 55 2.1.1.1 Recopilación de información .......................................................................... 55 2.1.1.2 Definición del área de influencia y unidades de distribución de la demanda . 55 2.1.1.3 Período horizonte de Diseño .......................................................................... 56 2.1.2 Estimación de la población actual, viviendas y establecimientos no residenciales ..................................................................................................... 56 2.1.3 Proyección de la población futura, viviendas y establecimientos no residenciales ..................................................................................................... 56 2.1.4 Distribución espacial actual y futura de la población, viviendas y establecimientos no residenciales .................................................................... 57 2.2 EVALUACIÓN DE LA DOTACIÓN DE AGUA .......................................................57 2.2.1 Tipos y estadísticas de consumos de agua ...................................................... 57 2.2.2 Estimación de la dotación neta de agua ........................................................... 59 2.2.3 Análisis de las pérdidas de agua en el sistema ................................................ 60 2.2.4 Estimación y proyección de la dotación bruta de agua..................................... 61 2.3 PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA .......................................................61 2.3.1 Demanda doméstica ......................................................................................... 61 2.3.2 Demanda no doméstica .................................................................................... 61 2.3.3 Demanda total .................................................................................................. 62 2.4 DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA DE AGUA ....................................62 2.4.1 Distribución espacial de la demanda doméstica............................................... 62 2.4.2 Distribución espacial de la demanda no doméstica.......................................... 62 2.4.3 Distribución espacial de la demanda total ........................................................ 62 2.5 COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE LA DEMANDA ............................................62 2.5.1 Demanda máxima diaria ................................................................................... 62 2.5.2 Coeficiente de consumo máximo diario (k1)..................................................... 63 2.5.3 Demanda máxima horaria ................................................................................ 63 2.5.4 Coeficiente de consumo máximo horario (k2) .................................................. 63 2.5.5 Coeficiente de compensación........................................................................... 63 2.6

CAUDALES DE DISEÑO POR COMPONENTES DE SISTEMA DE AGUA POTABLE

..........................................................................................................................64 2.6.1 2.6.2 2.6.4 2.6.5 2.6.6 2.6.7

Caudal de diseño para captación ..................................................................... 64 Caudal de diseño de líneas de conducción ...................................................... 64 Caudal de diseño de líneas de transmisión ...................................................... 64 Caudal de diseño de redes de distribución....................................................... 64 Caudal de diseño de las estaciones de bombeo. ............................................. 65 Volúmenes de almacenamiento........................................................................ 65

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 2: POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA

2.

ESTUDIOS DE POBLACIÓN, DOTACIÓN Y DEMANDA DE AGUA

2.1

ESTIMACIÓN DE LA POBLACIÓN Y SU DISTRIBUCIÓN ESPACIAL

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La estimación de la población es el aspecto principal del planeamiento de un sistema de agua potable. Esta población debe corresponder a la proyectada al final del periodo de diseño, llamado también año horizonte de planeamiento del proyecto. Adicionalmente, debe tenerse en cuenta que el diseño de redes requiere conocer la distribución espacial de la población, identificando los diferentes usos del suelo, tipos de consumidores y la distribución espacial de la demanda de agua. Las densidades de población y la distribución espacial deben estar acordes con las normas urbanísticas, planes de desarrollo municipales, planes de ordenamiento territorial y demás programas formulados por el gobierno municipal, que determinen la ocupación y los usos del suelo y las densidades máximas de población asignadas a los diferentes usos. Adicionalmente, los estudios de población de zonas parciales de la ciudad y parroquias deben acogerse a las proyecciones de población y demanda de agua establecidas por la EMAAP-Q, y que se hallen vigentes. 2.1.1 Requisitos Básicos 2.1.1.1 Recopilación de información •

Censos de población

Deben recolectarse los datos demográficos de la población, en especial los censos de población del INEC y los censos disponibles de otros servicios públicos de la localidad. Con base en los datos anteriores deben obtenerse los parámetros que determinen el crecimiento de la población. •

Censos de vivienda

A partir de la información de los censos de población y vivienda se puede calcular el número promedio de habitantes por vivienda, información útil cuando se analizan los consumos por cliente o conexión. La información del número de viviendas debe ser complementada con la de establecimientos comerciales, industriales e institucionales existentes. 2.1.1.2 Definición del área de influencia y unidades de distribución de la demanda Se debe definir el área de influencia del proyecto determinando la zona de servicio de agua potable, delimitando en planos detallados y actualizados las calles, las manzanas urbanizadas y los lotes o predios incluidos en el proyecto. De común acuerdo con la EMAAP-Q, y según las características del proyecto a diseñar, se debe definir las unidades o áreas de distribución para la aplicación de la distribución espacial de la demanda.

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2.1.1.3 Período horizonte de Diseño Para los análisis de población en estudios de planeamiento, diseño conceptual y diseño detallado de todos los componentes de un proyecto de agua potable, se debe usar un período de diseño de 30 años. 2.1.2

Estimación de la población actual, viviendas y establecimientos no residenciales

Esta actividad debe efectuarse a partir información oficial que posea la EMAAP-Q; en caso de no existir esta información detallada para la zona del proyecto, se calculará en base a estimaciones directas (censos oficiales de población) o a estimaciones indirectas (número de conexiones de agua potable, número de tomas eléctricas, información predial, etc.). Del mismo modo, se obtendrá para cada unidad de distribución pactada, el número actual de viviendas. Cuando los tipos de consumo diferentes al doméstico son significativos (el número de clientes supera el 10% del total o el volumen consumido por estos supera el 15% del volumen total consumido), es necesaria la estimación y ubicación de los establecimientos no residenciales (comerciales, industriales, oficiales y municipales) para el cálculo en forma desagregada de la demanda de agua. 2.1.3 Proyección de la población futura, viviendas y establecimientos no residenciales Para las proyecciones de población futura se utilizarán los estudios vigentes de la EMAAPQ, tales como los estudios de población realizados en el marco del los estudios del Proyecto Ríos Orientales, cuyo resumen se presenta en el Anexo No.2, o los Planes Maestros actualizados y aprobados por la Empresa, o estudios similares. Para todas las zonas de estudio debe verificarse que las proyecciones de la población no superen las densidades de saturación previstas por la Municipalidad. Las densidades de población y la distribución espacial deben estar acordes con las normas urbanísticas, planes de desarrollo y Plan de Desarrollo Municipal. Se deben determinar los usos de suelo para cada unidad de análisis del área del proyecto, definiendo las áreas de uso residencial y de otros usos. En el caso de áreas pequeñas dentro de la ciudad o parroquias, donde no exista una proyección de población desagregada, se debe realizar una estimación específica que guarde congruencia con los estimativos del área de mayor tamaño de la que forma parte. En estos casos, con base en la información de población actual y con la información obtenida en campo respecto al número actual de viviendas, establecimientos comerciales, industriales, oficiales y municipales e información básica recolectada, el Consultor definirá y justificará la utilización de un modelo de proyección matemático para calcular la población, viviendas y establecimientos no residenciales actuales y futuros. Dicho modelo estará ajustado a las características y tamaño de la zona en estudio (desarrollada, en expansión, urbana, suburbana o rural).

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2.1.4

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Distribución espacial actual y futura de la población, viviendas y establecimientos no residenciales

En el planeamiento y diseño de sistemas de agua potable es necesario estimar además de las proyecciones de población y de los establecimientos no residenciales, las zonas o áreas donde estos desarrollos se ubicarán. Los estudios de distribución territorial son indispensables para el planeamiento y dimensionamiento de redes de distribución y ubicación altimétrica y planimétrica de plantas de tratamiento, tanques de almacenamiento y sistemas de bombeo. La distribución espacial de la población actual y futura se hará a partir de las estimaciones realizadas en los estudios vigentes de la EMAAP-Q. Adicionalmente, se tendrá en cuenta la información de Planificación Municipal referente a usos del suelo y densidades máximas permitidas para cada uno de ellos. Como unidad de análisis para la distribución espacial en la zona se utilizará el “sector censal” y la “parroquia” en los sectores suburbanos y rurales.

2.2

EVALUACIÓN DE LA DOTACIÓN DE AGUA

La dotación es la asignación de requerimientos de agua por habitante con la que se realizan los estudios de proyección de la demanda de agua de un sistema de agua potable; su mejor estimación se hace a partir del análisis de consumos medidos o registrados en otras zonas del mismo sistema, con características socioeconómicas y climáticas similares; los cuales deben ser afectados por los índices o porcentajes de pérdidas físicas que se estimen en el sistema de conducción, transmisión y distribución. Las pérdidas físicas incluyen además de las fugas por desperfectos de las tuberías, los consumos operacionales y de mantenimiento utilizados en la red de distribución y tanques de reserva. En la evaluación de la dotación deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 2.2.1 Tipos y estadísticas de consumos de agua Debe hacerse un estudio de los volúmenes históricos por tipos de consumo o usos del agua para las diferentes zonas del sistema de abastecimiento de agua potable. Los tipos de consumo que se deben analizar son los definidos por la EMAAP-Q y que corresponden a: doméstico, comercial, industrial, oficial y municipal; adicionalmente, en cuanto a zonas se debe diferenciar entre zona urbana y parroquias rurales. A continuación se describen los puntos básicos a considerar en cada tipo de consumo: •

Consumo doméstico

El uso doméstico corresponde a todos los inmuebles destinados para vivienda; el diseñador debe analizar detenidamente los consumos del uso doméstico teniendo en cuenta los siguientes puntos: 1. El diseñador debe justificar la proyección de la dotación para el período de diseño de cada uno de sus componentes.

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2. Debe atenderse lo estipulado por la EMAAP-Q, sobre los temas de uso eficiente y ahorro del agua, las tecnologías de bajo consumo, la reglamentación del uso de micromedidores de caudal y de cualquier otro tipo de accesorio que implique una reducción en el consumo. El diseñador debe tener en cuenta estos aspectos con el fin de determinar la dotación neta a futuro. 3. El diseñador debe deducir la dotación de uso doméstico para el diseño de los sistemas de agua potable con base en mediciones directas hechas en la zona del estudio. Cuando en ésta no existan micromedidores de caudal, el diseñador puede estimar la dotación por comparación con zonas cercanas con características socioeconómicas similares. 4. Al hacer el estudio de la dotación para el uso doméstico deben tenerse en cuenta, entre otros, los siguientes factores: el tamaño de la población, las condiciones socioeconómicas, el clima, la cobertura de medidores y la existencia de alcantarillado. 5. La dotación por uso doméstico debe incluir el riego de espacios verdes particulares, si estos existen. •

Consumo comercial

El uso comercial incluye los clientes particulares que tengan inmuebles destinados a desarrollar actividades lucrativas, donde el agua no se considere como materia prima, tales como: oficinas, locales comerciales, restaurantes, bares, hoteles, bombas de gasolina, cines, etc. Para establecer el uso comercial, el diseñador debe utilizar un censo comercial y realizar un estimativo de consumos actuales y futuros. El diseñador debe cuantificar y analizar detenidamente la dotación comercial de acuerdo con las características de dichos establecimientos; deben estudiarse los consumos puntuales o concentrados. •

Industrial

Este uso corresponde a los clientes particulares con inmuebles destinados a actividades industriales donde el agua suministrada se considera como materia prima para producir bienes o servicios, tales como: fábricas de bebidas, industrias metálicas, madereras, estaciones de servicio con lavadora de vehículos, construcciones, etc. Para estimar el uso industrial, el diseñador debe utilizar censos industriales, con clasificación por tipo de industrias y estimativos de consumos actuales y futuros. El diseñador debe cuantificar y analizar detenidamente la dotación industrial de acuerdo con las características de dichos establecimientos. Deben estudiarse los consumos puntuales o concentrados demandados con el fin de establecer los posibles grandes consumidores. Dentro del uso industrial debe incluirse el correspondiente al turismo, cuando este sea significativo. •

Oficial

Este uso corresponde a los clientes estatales que tengan inmuebles destinados a desarrollar actividades oficiales, tales como: Oficinas públicas y sus dependencias, Fuerzas Armadas, etc. Para su análisis se deben identificar los establecimientos y predios gubernamentales a nivel nacional, provincial y municipal y estimar su consumo histórico promedio en función de su tamaño o actividad.

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•

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Municipal

Este uso corresponde a los clientes municipales que tengan inmuebles destinados a desarrollar actividades comunitarias de servicio Municipal, tales como: empresas municipales, dependencias del Municipio de Quito, casas barriales, mercados, servicios higiénicos, lavanderías públicas, centros de asistencia social y médica, centros educativos, bibliotecas, etc. El consumo de este uso público se estimará a partir de datos existentes, los cuales servirán para establecer la proyección del uso Municipal a futuro. En caso de que el diseño de un nuevo sistema de agua potable o la ampliación de un sistema existente tenga que abastecer población rural, el diseñador debe utilizar los datos del censo rural y estimar los consumos futuros. El diseñador debe cuantificar y analizar detenidamente la dotación rural de acuerdo con las características establecidas en el censo y los consumos medidos en zonas similares. 2.2.2 Estimación de la dotación neta de agua La dotación neta corresponde a la cantidad mínima de agua requerida para satisfacer las necesidades básicas de un habitante sin considerar las pérdidas físicas que ocurran en el sistema de distribución. La dotación neta para el consumo doméstico debe obtenerse del consumo medio diario por habitante registrado durante un período mínimo de un año; para los otros usos o tipos de consumo se calcularán los consumos de establecimientos de características y tamaños similares. Para el estudio de grandes zonas de la ciudad y parroquias, los estudios de población y demanda que posea la EMAAP-Q proporcionarán los valores sugeridos de dotaciones netas a ser tenidas en cuenta en el cálculo de la demanda de agua. Para zonas de menor tamaño, en donde no estén desagregados en detalle los valores de las dotaciones netas y en todos aquellos casos donde no se posea información, la dotación neta puede ser calculada de acuerdo a los siguientes criterios: •

Estimación de la dotación neta según registros históricos

Siempre que existan datos históricos confiables para el DMQ, la dotación neta para el diseño de un nuevo sistema de agua potable o la ampliación de un sistema existente debe basarse en el análisis de los datos de medición. En este caso, la metodología para estimar la dotación neta deberá cubrir los siguientes pasos en orden secuencial: 1. Investigar si para la facturación de consumos de agua en el sistema, se tiene instalados macro y micromedición; si estos se tienen, conseguir registros históricos de consumos para los diferentes usos del agua, durante un periodo de por lo menos un año. 2. Verificar las condiciones operativas del sistema de suministro de agua durante el período de análisis de los consumos, para constatar que los usuarios medidos tuvieron un pleno abastecimiento. En un sistema en el que exista racionamiento, el consumo medido no es el mejor estimativo de las necesidades reales de un usuario que corresponde a la dotación neta. 3. Instalar algunos micromedidores en acometidas de los usuarios representativos de los

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principales usos que tenga el agua, si es que en la zona en estudio no existen mediciones detalladas de consumos de agua actual. •

Estimación de la dotación neta por comparación con poblaciones similares

En el caso de que no existan datos en la zona para el diseño de un nuevo sistema de agua potable o para la ampliación del sistema existente, los cálculos necesarios para estimar la dotación neta deben hacerse teniendo en cuenta los datos de zonas similares dentro del mismo sistema. El diseñador debe tener en cuenta los siguientes aspectos para la elección de las zonas similares: tamaño de la población, nivel socioeconómico, tamaño del sector comercial, tamaño del sector industrial y temperatura, entre otros. Como última opción y cuando no es factible apelar a ninguno de los métodos anteriores se debe recurrir a asignar con criterio una dotación neta a cada uso del agua. Cada uno de estos valores debe ser adecuadamente justificado. En la evaluación de las dotaciones netas del sistema de agua potable, se pueden tener tantas dotaciones como usos de agua o tipos de consumo existan, los cuales deberán ser considerados en la evaluación de dotaciones y demandas de agua. Sin embargo, se acepta que en sistemas donde los volúmenes de consumos del uso doméstico representen más del 85% del volumen de consumo total, el cálculo de la demanda de agua se realice únicamente a partir de la dotación neta doméstica agregándole a ésta el porcentaje que tenga en cuenta los otros usos agrupados. En caso contrario, el cálculo de la demanda de agua debe hacerse en forma desagregada para cada uno de los usos o tipos de consumo principales y para cada uno de ellos debe determinarse dotaciones netas. •

Correcciones a la dotación neta

La dotación neta obtenida con la metodología descrita anteriormente se puede ajustar teniendo en cuenta las características de la zona en estudio, el costo o tarifa de los servicios y su posible variación a futuro (elasticidad precio-demanda), el efecto del clima y la cobertura del sistema de alcantarillado de aguas servidas. 2.2.3 Análisis de las pérdidas de agua en el sistema Las pérdidas de agua de un sistema, llamada más comúnmente agua no contabilizada (ANC), corresponde a la diferencia entre el volumen de agua tratada entregada a la red de distribución por las plantas de tratamiento y el volumen facturado a los clientes del sistema. Las pérdidas de ANC se dividen en comerciales y físicas. Las pérdidas comerciales constituyen el volumen de agua que efectivamente consumen los usuarios del sistema, pero que por alguna razón no se las factura. Las pérdidas físicas de un sistema de agua potable incluyen además de las fugas y reboses, los consumos operacionales y de mantenimiento utilizados en la red de distribución y tanques de reserva; es agua que se pierde en el subsuelo o por los sistemas de alcantarillado. Para la definición del porcentaje de pérdidas físicas actuales, la EMAAP-Q ofrecerá la información por zonas obtenida de los estudios de sectorización de la red de distribución. Los valores de pérdidas físicas a futuro, que se requieren para determinar la dotación bruta,

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serán definidos por la EMAAP-Q de acuerdo al avance de su Programa de Agua no Contabilizada. En caso de zonas donde no exista información sobre las pérdidas físicas en un sistema que se va a ampliar, se debe ejecutar un programa de medición con el objeto de establecer su porcentaje. Para sistemas nuevos en zonas aisladas, se tomarán valores de referencia en sistemas recientemente construidos por la EMAAP-Q y donde se tengan condiciones socioeconómicas y físicas similares. 2.2.4 Estimación y proyección de la dotación bruta de agua La dotación bruta, comúnmente llamada “dotación” debe establecerse según la siguiente ecuación:

d bruta =

d neta 1− % p

Para determinar la dotación bruta, el porcentaje de pérdidas físicas (%p) no debe ser superior al porcentaje de pérdidas establecidas por la EMAAP-Q, tanto para las condiciones actuales como para las condiciones futuras. De acuerdo a las estadísticas de consumo y las mediciones de agua no contabilizada, la EMAAP-Q a futuro definirá la dotación bruta que se debe emplear en cada zona de la ciudad y parroquias.

2.3

PROYECCIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA

La proyección de demanda de agua global se debe hacer de la siguiente forma: 2.3.1 Demanda doméstica La proyección de la demanda de agua domestica se debe realizar aplicando la proyección de la dotación bruta (dbruta) por habitante al total de la población proyectada (p) a ser atendida en la zona del proyecto. Usualmente se expresa como un caudal medio diario, Qmd, el cual en unidades de l/s es:

Qmd =

p.d bruta 86400

2.3.2 Demanda no doméstica La demanda no doméstica (otros usos) está compuesta por la suma de las demandas comercial, industrial y municipal. Para su proyección se debe considerar lo estipulado en los numerales 2.1 y 2.2.

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2.3.3 Demanda total La demanda total resulta de la suma de la demanda doméstica y la no doméstica. Alternativamente, la demanda total se puede calcular afectando la población total por una dotación bruta agregada que tenga en cuenta la dotación doméstica mas la dotación por otros usos del agua.

2.4

DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA DE AGUA

2.4.1 Distribución espacial de la demanda doméstica A la distribución espacial de la población por unidad de distribución, se le aplica la dotación bruta por habitante para cada una de las unidades de análisis, obteniéndose así la distribución espacial de la demanda doméstica o residencial. 2.4.2 Distribución espacial de la demanda no doméstica Del archivo de facturación de la EMAAP-Q se deben extraer las cantidades de usuarios no domésticos y los grandes clientes y localizarlos territorialmente (planimétricamente) en cada unidad de distribución espacial. Igualmente, se deberán localizar territorialmente los proyectos de desarrollo económico identificados por el Consultor, con una estimación de la demanda de agua actual y futura para cada uno. 2.4.3 Distribución espacial de la demanda total Para cada unidad de distribución se debe sumar las demandas domésticas y no domésticas correspondientes y revisar que para cada año de la proyección, la sumatoria de las unidades sea igual a la demanda total.

2.5

COEFICIENTES DE VARIACIÓN DE LA DEMANDA

2.5.1 Demanda máxima diaria El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas en el transcurso de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario, Qmd, en el transcurso de un año por el coeficiente de consumo máximo diario, k1 El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación:

QMD = Qmd * k1

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2.5.2 Coeficiente de consumo máximo diario (k1) El coeficiente de consumo máximo diario, k1, se obtiene de la relación entre el mayor consumo diario y el consumo medio diario, utilizando los datos registrados en un período mínimo de un año. 2.5.3 Demanda máxima horaria El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal medio diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, según la siguiente ecuación QMH =Qmd * k2 2.5.4 Coeficiente de consumo máximo horario (k2) El coeficiente de consumo máximo horario con relación al consumo medio diario, k2, puede calcularse, para el caso de ampliaciones de sistema de agua potable, como la relación entre el caudal máximo horario, QMH, y el caudal medio diario, Qmd, registrados durante un período mínimo de un año, sin incluir los días en que ocurran fallas relevantes en el servicio. En el caso de sistemas de agua potable nuevos, el coeficiente de consumo máximo horario con relación al consumo medio diario, k2, es función del tamaño de la zona, de los tipos de consumo y de las condiciones socioeconómicas de los usuarios, 2.5.5 Coeficiente de compensación Por medio de mediciones durante varios días (mínimo una semana) se debe establecer la curva promedio de variación de la demanda a lo largo del día (24 horas), en la zona del estudio; de esta curva se obtiene una estimación del coeficiente de consumo máximo horario, así como la magnitud del volumen de almacenamiento o reserva requerido para compensar las variaciones horarias de la demanda respecto a la demanda media diaria. La relación entre el volumen requerido de compensación (volumen de reserva) y el volumen de la demanda en un día se denomina coeficiente de compensación. En proyectos nuevos se deben adoptar coeficientes de mayoración correspondientes a zonas similares de la ciudad donde se tenga ya su estimación a partir de mediciones. Los coeficientes k1, k2 y de compensación serán definidos por la EMAAP-Q para las diferentes zonas de la ciudad y parroquias. En ausencia de esta definición, se utilizarán los valores propuestos en el Estudio de Ríos Orientales (k1 = 1,25 para ciudad y k1 = 1.4 para parroquias) o en el Plan Maestro de Agua Potable vigente; en proyectos de cierta magnitud la EMAAP-Q podrá solicitar un análisis detallado para la definición de estos coeficientes.

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2.6

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CAUDALES DE DISEÑO POR COMPONENTES DE SISTEMA DE AGUA POTABLE

2.6.1 Caudal de diseño para captación La obra de captación debe diseñarse para un caudal igual al caudal máximo diario (QMD) más las pérdidas en la conducción y mas las necesidades en la planta de tratamiento (caudal estimado para el consumo de agua de lavado, de filtros, sedimentadores y el consumo interno de la planta). 2.6.2 Caudal de diseño de líneas de conducción Para calcular el caudal de diseño de las líneas de conducción deben tenerse en cuenta los siguientes requisitos: 1. La conducción debe diseñarse para el caudal máximo diario, (QMD) del año horizonte del proyecto, pues siempre debe existir un almacenamiento de agua tratada. En caso de sistemas con bombeo debe diseñarse para el caudal medio diario y en los días de mayor consumo se aumentará el tiempo de bombeo. En todos los casos debe adicionarse las pérdidas de agua en la conducción o impulsión y las necesidades de la planta de tratamiento. Una conducción de apreciable longitud puede ser diseñada para el caudal medio diario del año de diseño (Qmd) y complementarla con almacenamiento para poder cumplir con el máximo diario, si ello es factible económicamente. 2. En los casos excepcionales de conducciones en canales abiertos debidamente autorizados por la EMAAP-Q, debe considerarse el caudal por pérdidas debidas a evaporación e infiltración.

2.6.3 Caudal de diseño de las plantas de tratamiento El caudal de diseño de la planta de tratamiento debe ser el caudal máximo diario del año horizonte de diseño, ya que todo sistema de agua potable debe contar con almacenamiento de agua tratada. 2.6.4 Caudal de diseño de líneas de transmisión Las tuberías de transmisión que transportan el agua tratada entre las plantas de tratamiento y los tanques de almacenamiento y distribución y que se caracterizan por no tener servicios en ruta (conexiones directas), serán diseñadas con el caudal máximo diario (QMD) del año horizonte de diseño. 2.6.5 Caudal de diseño de redes de distribución El caudal de diseño de las redes de distribución debe ser el caudal máximo horario (QMH) del año horizonte del proyecto.

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2.6.6 Caudal de diseño de las estaciones de bombeo. La capacidad de la estación debe ser el caudal máximo diario, QMD, si el bombeo es de 24 horas. Si se bombea menos horas al día, la capacidad de la estación debe ser el caudal máximo diario dividido por el porcentaje del tiempo de bombeo. Siempre debe bombearse a un tanque de almacenamiento o compensación. No se permite el bombeo directo hacia la red de distribución. De igual forma, no se permite el bombeo directo desde la red de distribución. En casos en que no se pueda cumplir con la estipulación anterior, la EMAAP-Q puede aprobar por excepción otro criterio, previa justificación por parte del diseñador. El mismo criterio anterior se aplicará para las estaciones de bombeo de refuerzo llamadas también booster, que sirven para elevar la presión de la red en un determinado sector de servicio, mediante bombas con variadores de velocidad. 2.6.7 Volúmenes de almacenamiento •

Tanques de reserva

El volumen de almacenamiento que deben tener los tanques de reserva de cada zona de servicio de un sistema de agua potable debe ser determinado como el producto del volumen diario, correspondiente a la demanda media al año horizonte de diseño, multiplicado por el coeficiente de compensación (numeral 2.5.5), obtenido de las curvas de variación horaria de la demanda. En algunos casos y previa una justificación operativa y aprobación de la EMAAP-Q, se puede aceptar añadir al volumen de reserva un volumen de emergencia que sea útil en condiciones de contingencia. •

Plantas de tratamiento

El Volumen de almacenamiento en una planta de tratamiento está enfocado a cubrir los siguientes aspectos: -

Garantizar un volumen operativo de almacenamiento tal que la planta de tratamiento pueda trabajar idealmente con un caudal medio fijo durante todo el día o que éste a lo sumo, sea variado no más de 2 veces en el día.

-

El volumen de agua para atender las necesidades operativas propias, las cuales deben calcularse considerando el número de filtros que se lavan simultáneamente.

-

Los volúmenes necesarios para garantizar un tiempo mínimo de 20 minutos para contacto del cloro con el agua.

-

El volumen para consumo interno en la planta.

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TÍTULO 3: FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

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TÍTULO 3: FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

ÍNDICE Página 3.

FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA .......................................................68

3.1 FUENTES DE AGUAS SUPERFICIALES .............................................................68 3.1.1 Estudios previos ............................................................................................... 68 3.1.2 Características de la fuente .............................................................................. 70 3.1.3 Embalses .......................................................................................................... 70 3.1.4 Manejo integral y protección de la cuenca hidrográfica.................................... 72 3.2 FUENTES DE AGUA SUBTERRÁNEAS ..............................................................73 3.2.1 Estudios previos ............................................................................................... 73 3.2.2 Características de la fuente .............................................................................. 74 3.2.3 Aspectos adicionales ........................................................................................ 75

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 3: FUENTES DE ABASTECIMIENTO

3.

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FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

Cuando se efectúen los estudios de fuentes de abastecimiento deben presentarse las alternativas técnico-económicas más factibles. La selección de la fuente debe hacerse teniendo en cuenta en primer lugar, la calidad del agua y la posibilidad y costo de su tratamiento, y en segundo lugar la disponibilidad de agua que exista en la fuente. Además, el aprovechamiento de la fuente debe realizarse minimizando los efectos negativos sobre el medio ambiente. Adicionalmente, se debe procurar que la ubicación permita el fácil acceso y las labores de operación y mantenimiento. Es indispensable que para la ejecución de los diseños definitivos de un sistema de abastecimiento de agua se cuente con la concesión otorgada por el Consejo Nacional de Recursos Hídricos (CNRH).

3.1

FUENTES DE AGUAS SUPERFICIALES

Para propósitos de este numeral, se consideran fuentes superficiales los ríos, quebradas, lagos, lagunas y embalses de almacenamiento. 3.1.1 Estudios previos Además de los estudios generales y obligatorios descritos en el Título 1 de estas Normas, en el estudio de una fuente superficial de agua el diseñador debe llevar a cabo los siguientes estudios previos específicos: •

Estudios climatológicos e hidrológicos

Se deben estudiar los temas hidrológicos que tengan relación con las necesidades específicas del proyecto: caudal, precipitación pluvial, infiltración, evaporación, etc. Especial atención se deberá dar al análisis de las características hidrográficas de la cuenca, a las curvas de duración de caudales, así como a caudales y niveles máximos y mínimos, todo lo cual deberá estar caracterizado con sus respectivos periodos de retorno o probabilidades de ocurrencia. Complementariamente, se requiere estudios sobre el transporte de sedimentos ya sea como acarreo de fondo o como transporte en suspensión; así como los análisis sobre la posible ocurrencia de avalanchas, flujos de lodos y/o lahares. Los estudios hidrológicos deben estar basados en análisis probabilísticos y deben procurar la mayor precisión posible en función de los datos disponibles y los usos que se les vaya a dar. Es necesario que los estudios tomen en consideración la posible variabilidad climática de mediano y largo plazo. Es deseable que los datos de caudales y niveles de la fuente sean obtenidos de una estación con información confiable ubicada en el mismo sitio de la captación o en sitio cercano. En caso de no existir estas facilidades, se podrá realizar correlaciones con cuencas

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análogas o con base en estudios regionales que deberán verificarse con mediciones directas. •

Estudios topográficos e información cartográfica

Se debe contar con toda la información cartográfica y topográfica del área de la fuente y de su cuenca hidrográfica. Entre otros aspectos, esta información debe incluir los planos del Instituto Geográfico Militar en las diferentes escalas disponibles, las placas de referencia con cotas y coordenadas para los levantamientos, las fotografías aéreas de la zona aledaña a la fuente, los planos aerofotogramétricos de la región y los planos de las obras de infraestructura que se encuentren en el área aledaña. Se incluirán mapas temáticos sobre usos del suelo, coberturas, usos potenciales, riesgos, etc. •

Condiciones geológicas y geotécnicas

Se debe tener en cuenta la siguiente información: nivel de amenaza sísmica en la zona de la fuente, cortes transversales geológicos, fallas geológicas en las áreas circundantes al proyecto y estudios geotectónicos en el área de la fuente. Con respecto a la geotecnia, el diseñador debe tener en cuenta o realizar los siguientes estudios: mecánica de suelos, permeabilidad del suelo y del subsuelo y características químicas del suelo y del nivel freático. A partir de ellos debe proporcionar los datos del terreno que permitan los diseños estructurales. Especial atención se dará a la posibilidad de ocurrencia de deslizamientos, aluviones u otros fenómenos naturales o antrópicos que puedan afectar la estabilidad de las obras y su funcionamiento. •

Características de calidad del agua cruda

Se deben investigar las características físicas, organolépticas, químicas y bacteriológicas de las aguas de la fuente. Con el fin de conocer la calidad del agua cruda se deben extraer muestras para análisis durante las épocas de caudales extremos, ya sea el caudal mínimo mensual o el caudal máximo mensual en los posibles sitios de ubicación de las obras de captación. Los criterios a tener en cuenta en la ejecución de los muestreos y las normas INEN con que estos deben realizarse, se describen en el Título 6: Potabilización. La calidad del agua cruda, debe cumplir con los requerimientos mínimos estipulados en el Anexo 1 del Libro VI del TULAS. Adicionalmente, el agua cruda debe permitir que una vez que se le apliquen los tratamientos requeridos cumpla con los requisitos mínimos del agua potable para consumo humano que se describen también en detalle en el Título 6 y que están estipulados en la norma INEN1-108:2006. Con el fin de determinar la confiabilidad de la calidad del agua de la fuente se deben investigar las condiciones sanitarias de la cuenca, en especial en las cercanías de los sitios de localización de la captación; así como las posibles afectaciones que se puedan generar por actividades antrópicas, tales como uso de agroquímicos en cultivos, derrames, explotación de minas y canteras, descargas de industrias, ganadería, etc.

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3.1.2 Características de la fuente •

Continuidad de la fuente, cantidad y caudal mínimo

Una fuente debe ser capaz de suministrar continuamente una cantidad adecuada de agua con un riesgo de interrupción mínimo. El caudal de aprovechamiento de una fuente deberá tener una garantía del 95% del tiempo a nivel diario; como excepción se tendrán aquellos casos cuando el servicio de agua sea dado por diversas fuentes o se dispongan de reservas. En estos casos se deberá realizar un análisis del funcionamiento global del sistema de tal manera de ofrecer la misma garantía. En casos en que exista información hidrológica suficiente se puede analizar en forma complementaria el caudal mínimo disponible en la fuente para períodos de caudales de diferente duración en días consecutivos con diferentes períodos de retorno. Este análisis podrá ser utilizado para la consideración de fiabilidad del sistema o para el análisis de situación de emergencia en el abastecimiento. Si el caudal Q95% en la fuente es insuficiente para cumplir el requerimiento anterior, pero el caudal promedio durante un período que abarque el intervalo más seco del que se tenga registro es suficiente para cubrir la demanda, ésta puede satisfacerse mediante la construcción de uno o más embalses o tanques de reserva. 3.1.3 Embalses En el diseño de un embalse deben tener en cuenta los siguientes aspectos principales •

Consideraciones básicas sobre la ubicación

En caso de que sea necesaria la construcción de un embalse, el diseñador debe considerar, al seleccionar la zona para construirlo, los siguientes factores, entre otros: 1.

La cuenca hídrica en el sitio del embalse tendrá un área y una precipitación neta suficientes para proveer los caudales requeridos durante todo el período de diseño.

2. La topografía de la zona destinada para el embalse debe proveer suficiente almacenamiento con un costo mínimo y un buen sitio para ubicar el vertedero de excesos. 3. La geología del embalse debe tener entre otras las siguientes características: a)

Proporcionar una capacidad portante adecuada para una cimentación segura de la presa y el vertedero de excesos.

b) Los suelos sobre los cuales se cimentará la presa deben presentar impermeabilidad suficiente para evitar una infiltración excesiva por debajo de la presa. En caso contrario se deben prever las medidas necesarias para limitar las infiltraciones bajo la presa y en el embalse. c)

Disponibilidad en la zona del proyecto de los diferentes materiales necesarios para la construcción de la presa.

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4. Deben evitarse las zonas que tengan alta densidad de habitantes, grandes bosques, terrenos pantanosos, ríos y quebradas que tengan alta turbiedad durante gran parte del año y aquellas que requieran nueva localización de obras de infraestructura, como carreteras, puentes, ferrocarriles, líneas de transmisión eléctrica, etc. 5.

Debe reducirse al mínimo las áreas inundadas de poca profundidad para evitar el crecimiento de vegetación.

•

Criterios de diseño

-

Generalidades

Para el diseño de embalses se deben tomar en cuenta las exigencias normativas de diseño de obras hidráulicas de regulación, las disposiciones relativas a la adecuación sanitaria del embalse, medidas de protección de las orillas, estimación del tiempo de colmatación del embalse y en caso necesario la estimación de medios de limpieza a través de los orificios de desagüe de fondo o mediante el empleo de medios hidromecánicos. Se debe también tomar medidas para evitar o disminuir el crecimiento de algas y la coloración del agua (eutroficación). Los embalses destinados al almacenamiento de agua para consumo humano deben estar ubicados en los tramos de ríos con menor concentración humana, preferentemente alejados de centros poblados y de efluentes sanitarios. La construcción de embalses aguas abajo de centros poblados se permitirá siempre y cuando los efluentes sanitarios sean tratados antes de la entrega a los ríos considerados como potenciales fuentes de abastecimiento de agua para consumo humano. -

Volumen del embalse

La determinación de los volúmenes de almacenamiento en los embalses debe hacerse contemplando el balance de caudales afluentes y efluentes, así como también las pérdidas por evaporación y filtración desde el embalse. -

Volumen muerto

Para estimar el volumen de sedimentos que se depositarán en el embalse y que conformarán el volumen muerto o no utilizable de éste, se debe realizar una evaluación de la producción de sedimentos en la cuenca de aporte del embalse, así como de la capacidad de transporte de sedimentos del cauce del río regulado por el embalse. Este volumen muerto se debe estimar para un periodo similar a la vida útil del embalse, usualmente 50 años. -

Aliviadero de excesos

En todo tipo de embalses y presas debe construirse al menos un vertedero o aliviadero de excesos para proteger las estructuras durante las crecientes. Para esto deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 1. La capacidad del vertedero debe justificarse en función de la máxima creciente registrada o estimada según las características hidrológicas de la zona. 2. La rápida localizada aguas abajo de la cresta del vertedero o aliviadero, debe construirse revestida en concreto con el fin de proteger las estructuras contra la erosión producida por las altas velocidades del agua.

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3. Al final de la rápida siempre debe existir una estructura disipadora de energía del agua del canal de excesos, para prevenir problemas de socavación en las estructuras ubicadas aguas abajo. En lo posible se tratará de entregar el flujo con la misma energía que lo caracterizaba antes de la construcción de la presa. -

Acondicionamiento del área del embalse

El área sujeta de inundación podría ser limpiada de vegetación y cualquier material que se pueda degradar. -

Borde libre

Se debe estudiar el tamaño de las olas que se formarán en el embalse, las cuales son función de la velocidad de los vientos que se producen en la zona y de la longitud de la superficie del embalse. 3.1.4

Manejo integral y protección de la cuenca hidrográfica

La cuenca es la unidad hidrográfica y territorial más adecuada para la gestión del agua, de los recursos naturales y del medio ambiente, para solventar problemas comunitarios, institucionales, seccionales, municipales, etc. La cuenca hidrográfica se debe estudiar desde dos enfoques: a) El enfoque físico-biótico determinándose: Perímetro, área, altura media de la cuenca, índice de compacidad, ecosistemas, etc.; b) El enfoque socioeconómico formado por los habitantes de la cuenca y sus necesidades (actividades) de desarrollo y subsistencia sin descuidar su sostenibilidad. Se deben observar todas las leyes, decretos, reglamentos y/o normas existentes con el objeto de garantizar el manejo integral y la protección de las cuencas en las cuales se localice la fuente de agua. Para el tratamiento detallado de estos dos aspectos se recomienda tener en cuenta lo previsto en las Normas del ex-IEOS, en la parte quinta (V) “Captaciones y conducciones de sistemas de abastecimiento de agua potable”, numeral 4.3 “Zonas de protección sanitaria” En particular, en la cuenca localizada aguas arriba de un embalse, deben observarse los siguientes requisitos: 1. Deben eliminarse los posibles focos de contaminación, tanto química como bacteriológica. Es recomendable que se adquieran las áreas perimetrales y se las adecue convenientemente, descartando la construcción de viviendas y plantando vegetación protectora. 2. Deben tomarse todas las medidas de protección posibles sobre la vertiente y los ríos afluentes, con el fin de evitar contaminaciones de origen animal o humano y la erosión. 3. Debe impedirse el acceso incontrolado de excursionistas, nadadores, navegantes y ganado a la zona de la vertiente y a las áreas tributarias.

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3.2

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FUENTES DE AGUA SUBTERRÁNEAS

Las aguas subterráneas son aguas del subsuelo de diferente origen (infiltración de precipitación, de un río, de una laguna o de la nieve) que se acumula en una zona saturada formando acuíferos: libres, semiconfinados, y confinados, cuyas descargas naturales forman vertientes o manantiales. Su aprovechamiento puede realizarse mediante: pozos, zanjas y galerías. 3.2.1 Estudios previos Además de los estudios generales y obligatorios descritos en el Título 1 de estas Normas, en el estudio de una fuente de agua subterránea, se deben llevar a cabo los siguientes estudios previos: •

Concepción del proyecto

Para justificar el uso de una fuente subterránea de agua, el diseñador debe presentar varias alternativas con el fin de escoger la más factible desde el punto de vista técnico-económico. La selección debe hacerse teniendo en cuenta la calidad del agua en la fuente, el balance hídrico, la capacidad de explotación y el tipo y características de las obras de aprovechamiento. •

Estudios hidrometeorológicos

Los estudios hidrometeorológicos sirven de dato de entrada en el balance hídrico subterráneo y están muy interrelacionados con los hidrogeológicos. Se debe estudiar la precipitación, la evaporación, la evapotranspiración, el escurrimiento superficial y la infiltración de la zona de estudio; en lo posible contando con registros históricos de datos medidos en el campo. Para el estudio se utilizarán herramientas probabilísticas y/o correlaciones con otras cuencas, además de verificaciones propias en el sitio. •

Condiciones geológicas

Los estudios del contexto geológico de la región y del área específica, darán énfasis a: la secuencia estratigráfica, los espesores estimados de las formaciones, las cotas esperadas de contacto entre ellas y las características tectónicas estructurales y litológicas. Esta información será acompañada de sus respectivos planos en planta y cortes a escala apropiada. •

Estudios hidrogeológicos - Inventarios de fuentes de agua El levantamiento de datos de vertientes, pozos y/o galerías construidas en la proximidad del área en estudio, junto con toda la información hidrogeológica disponible, permitirá establecer el inventario de las posibles fuentes de agua. Adicionalmente, será necesario determinar las condiciones de los acuíferos que se

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atraviesan y las formaciones geológicas relacionadas. - Perforaciones exploratorias La perforación de pozos de investigación exploratorios permitirá establecer con fiabilidad la litología y los parámetros de transmisividad y permeabilidad, para lo cual se deberán realizar pruebas de bombeo a caudal constante y/o escalonado. - Sondeos geofísicos La prospección geofísica debe realizarse con mediciones que garanticen una profundidad de exploración acorde a las condiciones locales, y deben calibrarse en base a cortes geológicos o pozos perforados previamente. - Modelos matemáticos de simulación En caso de disponer de información hidrogeológica apropiada, se implementarán modelos matemáticos para simular mecanismos de infiltración y flujos de aguas subterráneas, así como procesos naturales de transporte, dispersión y reacciones físico-químicas que influyen en la evolución de la calidad de las aguas subterráneas. •

Permiso de perforación del pozo

Se debe elaborar un documento con los requerimientos que solicita el CNRH para la concesión de agua y el permiso de perforación del pozo. 3.2.2 Características de la fuente •

Condiciones de los acuíferos

Corresponde a la definición de la estructura del acuífero, determinándose en lo posible, las siguientes características y parámetros hidrogeológicos principales: -

Transmisividad Coeficiente de Almacenamiento Permeabilidad Niveles piezométricos Caudales medios esperados Caudal específico Radios de influencia Características hidroquímicas, principalmente en lo que respecta a la potabilidad del agua, su eventual termalismo u otras anomalías (As, F, Pb, etc.). Geometría del acuífero (límites en superficie y a profundidad) Definición de tipo de acuífero Zonas de carga y descarga del acuífero Reservas del acuífero Definición del número de obras de captación (pozos y/o galerías) para el aprovechamiento sustentable del recurso hídrico subterráneo.

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 3: FUENTES DE ABASTECIMIENTO

-

•

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Inventario de las actividades antrópicas y uso del suelo, indicando si hubiere alguna actividad que eventualmente constituya riesgo de contaminación.

Calidad del agua subterránea

Además de lo establecido sobre el tema en el numeral 3.1.2 “Características de la fuente” de este título, el diseñador debe hacer un análisis de la calidad del agua en los diferentes ambientes de depósitos subterráneos. Debe asegurarse de que exista un perímetro de seguridad sanitario alrededor de la zona de la fuente subterránea dentro del cual no se permitan actividades que produzcan infiltración de contaminantes en el acuífero. Debe evaluarse la vulnerabilidad a la contaminación, en función del grado de confinamiento hidráulico del acuífero, ocurrencia del estrato suprayacente en términos de características litológicas y grado de consolidación, distancia al agua determinada como: la profundidad al nivel del agua en acuíferos no confinados o la profundidad al techo de acuíferos confinados. 3.2.3 Aspectos adicionales

•

Manejo integral y protección de cuencas

Debe observarse todo lo establecido en el numeral 3.1.4 “Manejo integral y protección de la cuenca hidrográfica” de este título. Además, se debe establecer la delimitación del área de proyección de la fuente en base al conocimiento de las condiciones hidrogeológicas locales y las características propias de la fuente, como son: el área total de captura de la fuente, el área de protección microbiológica y la zona operacional del pozo. También debe realizarse una clasificación y estimación de la carga contaminante al subsuelo, mediante la evaluación del potencial de contaminación de las actividades antrópicas. •

Control de filtración del agua superficial

En caso de que en la zona de agua subterránea existan aguas superficiales con capacidad de infiltración hacia el acuífero, el diseñador debe asegurarse de que dichas aguas tengan la suficiente calidad para no contaminar el acuífero. Para el tratamiento detallado de estos aspectos de protección de la calidad del agua subterránea se recomienda tener en cuenta lo previsto en la Norma del ex-IEOS, en la parte quinta (V) “Captaciones y conducciones de sistemas de abastecimiento de agua potable”, numeral 4.3 “Zonas de protección sanitaria”. •

Vulnerabilidad de los acuíferos

El método que se aplicará para la determinación de la vulnerabilidad de los acuíferos dependerá del detalle de los parámetros estudiados: de suelo, de la geología, de la hidrogeología, pudiéndose escoger en forma evolutiva los métodos de GOD, DRASTIC y/o AVI.

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ÍNDICE Página 4.

CAPTACIONES ..................................................................................................78

4.1

GENERALIDADES .............................................................................................78

4.2 CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL ...........................................................78 4.2.1 Estudios Previos ............................................................................................... 78 4.2.2 Condiciones generales ..................................................................................... 80 4.2.3 Parámetros de diseño....................................................................................... 81 4.2.3.1 Período de diseño .......................................................................................... 81 4.2.3.2 Capacidad de diseño...................................................................................... 81 4.2.3.3 Velocidad de aproximación ............................................................................ 81 4.2.3.4 Orificios de captación ..................................................................................... 82 4.2.3.5 Rejillas ............................................................................................................ 82 4.2.4 Desripiador y Desarenador ............................................................................... 83 4.3 CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA ........................................................84 4.3.1 Estudios Previos ............................................................................................... 84 4.3.2 Condiciones generales ..................................................................................... 85 4.3.3 Diseño de pozos ............................................................................................... 86 4.3.3.1 Período de diseño .......................................................................................... 86 4.3.3.2 Caudal de diseño............................................................................................ 87 4.3.3.3 Pozos perforados profundos .......................................................................... 87 4.3.3.4 Pozos someros excavados............................................................................. 89 4.3.3.5 Abandono y sellado de pozos ........................................................................ 89 4.3.4 Galerías de filtración ......................................................................................... 90 4.3.4.1 Diseño de los componentes de la galería de filtración y aspectos constructivos ........................................................................................................................ 90 4.3.5 Tratamiento....................................................................................................... 91

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4.

CAPTACIONES

4.1

GENERALIDADES

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En este titulo se determinan las condiciones generales que deben cumplir las captaciones de agua para sistemas de agua potable, localizadas sobre fuentes superficiales, y los pozos que extraen el agua de fuentes subterráneas. Se establecen los estudios previos, las condiciones generales, los parámetros de diseño y los demás aspectos que deben tenerse en cuenta para realizar el diseño de este tipo de obras. Las obras hidráulicas de captación deben diseñarse para garantizar que: -

La derivación de la cantidad de agua prevista desde la fuente y su entrega sin interrupción a los usuarios, para satisfacer la demanda de agua del año horizonte de diseño, aun en las épocas de estiaje o sequía.

-

En captaciones de aguas superficiales, se proteja el sistema de abastecimiento contra el ingreso de sedimentos gruesos, cuerpos flotantes, basuras, plantas acuáticas, peces, etc. a la conducción.

La configuración, distribución y elección del tipo de estructuras de captación debe elegirse en concordancia con las condiciones naturales del lugar, tipo de obras de conducción, condiciones de operación del sistema, régimen hidrológico y en las condiciones morfológicas de la fuente de agua; en base a la comparación técnico – económica de alternativas. La elección del tipo de captación debe hacerse considerando los niveles de agua en la fuente de abastecimiento y los niveles que se deben garantizar en la conducción, tomando en cuenta las condiciones topográficas, hidrológicas y geológicas del lugar. Igualmente, la elección del tipo de obra de captación debe hacerse en función de los caudales requeridos, las exigencias sanitario – epidemiológicas, otros usos del agua y la posibilidad de inspección permanente de las obras. Las obras de captación deben garantizar la remoción de sedimentos gruesos y en suspensión, a través de estructuras tales como desripiadores y desarenadores. Asimismo deberá incluirse las obras que permitan entregar los caudales concesionados y los caudales ecológicos, aguas abajo.

4.2

CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL

4.2.1 Estudios Previos El diseñador debe realizar todos los estudios previos que garanticen un conocimiento pleno de la geología, la geotecnia, la topografía, la hidrología y la calidad del agua en la zona de la captación. Además de la realización de los estudios previos y de definición de las características de la fuente de agua, descritos en el numeral 3.1 del Titulo 3: “Fuentes de Abastecimiento de Agua”, se deben realizar los siguientes estudios:

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•

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Conceptualización del proyecto

Durante el diseño conceptual del proyecto, el diseñador debe establecer las condiciones generales de diseño, la justificación del uso de la fuente, la localización de la captación; se deben analizar, a nivel de factibilidad, diferentes alternativas de tipos de estructuras de captación y definir el esquema óptimo a implementar y sus etapas recomendadas de ejecución. •

Estudios topográficos

Es importante establecer con bastante precisión y discernimiento la altimetría de todas las partes constitutivas de las obras de captación, sin perder de vista que se requiere captar el caudal de diseño aun en los mayores estiajes y que en el caso de estaciones de bombeo, se requiere que las instalaciones de ésta y especialmente los motores, estén ubicadas en niveles que superen las mayores crecientes previstas. Se deben realizar levantamientos topográficos planimétricos y altimétricos que permitan conocer en detalle todos los accidentes topográficos, la afectación predial, la topografía de orillas, la batimetría del cauce y la infraestructura existente en el área de emplazamiento de la estructura y su zona aledaña. Para diseño definitivo se debe contar con planos con curvas de nivel cada 1,0 metro, con coordenadas y cotas ajustadas al sistema definido por la EMAAP-Q y se deben cumplir con todo lo estipulado en las “Especificaciones técnicas para trabajos de geodesia, topografía, restitución fotogramétrica y sistemas de información geográfica SIG”, ver Anexo No.1 de estas Normas. •

Estudios hidrológicos, de sedimentos y de flujo de lodos

Además de los estudios hidrológicos que requiere la definición de la fuente de agua (numeral 3.1 del Titulo 3) se deben realizar estudios sedimentológicos específicos para estimar los volúmenes y características granulométricas de los sedimentos que puedan ingresar a la estructura de captación como acarreo de fondo o como transporte en suspensión; pues de estos análisis se deriva la definición de la necesidad de contar con un desripiador o un desarenador; y se definen los parámetros para su dimensionamiento. Adicionalmente, se debe estudiar el régimen de crecientes de la fuente de agua y determinar la posibilidad de que existan flujos de lodos; si estos se dan, la estructura de captación deberá ser diseñada considerando esta condición. •

Estudios de predios y servidumbres

Además del levantamiento topográfico de los linderos de la afectación predial que causará el emplazamiento de la estructura de captación y sus obras anexas, se debe realizar un estudio predial que indique el área total del predio, el área de afectación directa e indirecta, el nombre del propietario, los documentos que respaldan la propiedad, el avalúo oficial y un estimativo del avalúo comercial. Con este estudio se iniciará el proceso de adquisición o expropiación de predios, en caso de ser necesario.

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4.2.2 Condiciones generales En el diseño de toda estructura de captación superficial deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos generales: •

Ubicación de la captación, seguridad y estabilidad El lugar del emplazamiento de las obras de captación debe estar suficientemente alejado de toda fuente de contaminación. Siempre que sea posible las captaciones se emplazarán aguas arriba de las regiones habitadas, de las descargas de aguas residuales domésticas y/o las descargas de aguas residuales industriales. Las captaciones deben estar ubicadas preferiblemente en los tramos rectos de los ríos con el fin de evitar erosiones y sedimentaciones, embanques o azolves. En el caso de que sea imposible ubicar la captación en un tramo recto, debe situarse en la orilla externa de una curva en una zona donde no haya evidencias de erosión por causa del flujo de agua. En el caso de lagos y lagunas, al igual que en embalses, la captación debe localizarse de modo que pueda proporcionar agua de la mejor calidad posible. Las estructuras de captación deben garantizar la seguridad de la operación de la toma de agua. En particular deben garantizar la correcta operación de las estructuras para los caudales extremos, ya sean de estiaje o especialmente de crecientes. Las estructuras de captación deben ser estables considerando la calidad del suelo de cimentación aún en el caso de las máximas crecientes, cargas sísmicas y otras solicitaciones de cargas extremas.

•

Facilidad de medición y monitoreo Toda estructura de captación, donde sea factible y en obras de importancia, debe contar con un sistema de medición continuo de caudal con su correspondiente registro y posibilidad de almacenamiento de datos. Igualmente, debe contar con un sistema de monitoreo de los parámetros de calidad de agua, que según las características de la fuente y los requerimientos de tratamiento, sean los más importantes de medir, por la influencia que puedan tener en el tratamiento para potabilización. La EMAAP-Q puede eximir de la instalación de sistemas de medición y monitoreo a estructuras de captación ubicadas en sitios lejanos o en donde no se pueda garantizar la seguridad de los equipos.

•

Aprovechamiento de la infraestructura existente En el caso de que el proyecto consista en la ampliación de un sistema de agua potable existente, el diseñador debe establecer la posibilidad de aprovechar la infraestructura de captación existente. En caso de que se decida aprovecharlas, las nuevas obras deben planearse de modo que las interrupciones en el servicio de las estructuras existentes, sean las mínimas posibles.

•

Accesos y Cerramientos

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Las obras de captación deben contar con accesos que permitan las operaciones de reparación, limpieza y mantenimiento. En caso contrario deben proyectarse los respectivos accesos. La zona de la bocatoma debe disponer de los medios de protección y cerramiento para evitar la entrada de personas y animales a la zona de protección sanitaria de la captación. •

Vulnerabilidad Debe hacerse un estudio para establecer el nivel de vulnerabilidad y riesgo de la estructura de toma, ante eventos climatológicos o naturales extremos como erupciones volcánicas, lahares, avalanchas, flujos de lodos, crecientes, etc. En caso de tener una alta vulnerabilidad, deben establecerse las medidas de mitigación, así como la posibilidad de tener elementos redundantes del sistema.

4.2.3 Parámetros de diseño

4.2.3.1 Período de diseño El período de diseño debe fijar una de las condiciones básicas del proyecto, que es la capacidad de la obra para atender la demanda futura. Las obras de captación de agua superficial deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta un período de diseño de 30 años, llamado también horizonte de planeamiento de proyecto; igualmente, se deberán definir dentro de este período las etapas óptimas de construcción de las obras y sus tamaños, según las necesidades de demanda de agua del proyecto, basados en la metodología de costo mínimo; tal como se recomienda en el numeral 1.6: “Evaluación Socioeconómica” del Titulo 1. 4.2.3.2 Capacidad de diseño Los componentes de las obras de captación que tienen relación directa con el aprovechamiento del agua deben diseñarse con una capacidad acorde con lo establecido en el numeral 3.1.2 “Características de la fuente”. Para el dimensionamiento de azudes, cuencos de disipación, muros de ala y otras obras de protección que sean necesarias en los sitios de captación, se deberá considerar el caudal de crecida calculado en el estudio hidrológico del numeral 3.1.1 “Estudios Previos”, con un período de retorno de 50 años. En el caso de un fallo de estas obras, donde exista la posibilidad de afectación aguas abajo, el diseñador justificará períodos de retorno mayores. 4.2.3.3 Velocidad de aproximación Las dimensiones de los principales elementos de la captación (orificios, rejillas, ductos y canales de limpieza, etc.) así como también el nivel de los sedimentos se deben determinar mediante cálculos hidráulicos para el caudal de diseño, en condiciones de nivel mínimo en la fuente de abastecimiento.

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Las dimensiones de los orificios de captación se deben calcular considerando las velocidades de aproximación a las rejillas. Para condiciones normales de captación, se debe asumir velocidades de aproximación iguales a: -

Para tomas por derivación directa no sumergidas 0,6 m/s. Para tomas de derivación directa sumergidas 0,3 m/s.

4.2.3.4 Orificios de captación Las dimensiones y la superficie de los orificios de captación se deben calcular, considerando que todos los vanos de captación están en funcionamiento, con excepción de los vanos de emergencia. Se recomienda utilizar la siguiente fórmula:

A = 1,25 (

Q ) K n v

En donde: A = área total de la rejilla (área bruta), en m²; ν = velocidad de aproximación al orificio de captación, referida a las dimensiones del orificio, en m/s; Q = caudal de diseño de un vano, en m3/s; K = coeficiente que considera el estrechamiento del orificio por la rejilla o la malla utilizada; n = número de vanos.

K=

(a + c) , a

para rejillas

2

⎡ (a + b) ⎤ K=⎢ , para mallas ⎣ a ⎥⎦

En donde: a = distancia entre barrotes (luz) en cm.; c = espesor de los barrotes en cm.; b = coeficiente que considera la obstrucción del orificio (1,25 a 1,5). 4.2.3.5 Rejillas Las obras de toma deben tener rejillas, con el fin de limitar la entrada de material flotante hacia las estructuras de captación.

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• Elementos de diseño En todo diseño de rejillas deben contemplarse los siguientes elementos: el caudal correspondiente al nivel de aguas mínimas en el río, el caudal requerido por la población que se va a abastecer y el nivel máximo alcanzado por las aguas durante las crecientes, con un período de retorno mínimo de 20 años. • Inclinación de las rejillas En el caso de rejillas utilizadas para la captación de aguas superficiales en cursos de agua de zonas montañosas, la rejilla debe estar inclinada entre 10% y 20% hacia la dirección aguas abajo. • Separación entre barrotes La separación entre barrotes, para el caso de estructuras de captación en ríos con gravas gruesas, debe ser entre 75 mm y 150 mm. Para ríos caracterizados por el transporte de gravas finas, la separación entre barrotes debe ser entre 20 mm y 40 mm. • Ancho de la rejilla El ancho de la rejilla debe depender del ancho total de la estructura de captación. • Velocidad del flujo en la rejilla La velocidad efectiva del flujo a través de la rejilla debe ser inferior a 0.15 m/s, con el fin de evitar el arrastre de materiales flotantes. 4.2.4 Desripiador y Desarenador Toda captación de aguas de río debe contar con desripiador y desarenador. Cuando se trate de obras en quebradas, acequias, canales, etc., el diseñador determinará la necesidad de utilizar o no estas estructuras.

Desripiador El desripiador deberá dimensionarse de tal manera que impida que el material que arrastra la corriente de agua como material de fondo (material grueso, mayor a 2.5 cm.), llegue al desarenador o sea transportado por la tubería de conducción. El desripiador debe estar ubicado dentro o junto a la estructura de captación para evitar los efectos erosivos sobre los demás componentes del sistema de captación y conducción de agua. La estructura dispondrá de compuertas para limpieza. El diseñador establecerá los períodos de limpieza necesarios para el adecuado funcionamiento de la captación.

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Desarenador El desarenador debe estar ubicado en el primer tramo de la conducción, lo más cerca posible a la captación del agua. Debe tener mínimo dos módulos que operen de forma independiente. La eficiencia de retención de un desarenador debe considerar los requerimientos de calidad del agua para su potabilización y los usos alternativos que puedan darse en la conducción, como un aprovechamiento hidroeléctrico, estación de bombeo, etc. de tal manera que se garantice la retención de sedimentos que puedan causar daños en las instalaciones o equipos. •

Ubicación

Para la selección del sitio donde se ubicará el desarenador deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos principales: -

El área de la localización debe ser suficientemente grande para permitir la ampliación de las unidades durante el período de diseño del sistema.

-

El sitio escogido debe proporcionar suficiente seguridad a la estabilidad de la estructura y no debe presentar riesgo de inundaciones.

-

La ubicación del desarenador debe garantizar que el sistema de limpieza pueda hacerse por gravedad y que la longitud de la tubería de desagüe no sea excesiva.

. •

Capacidad hidráulica

Cada uno de los dos módulos del desarenador debe estar dimensionado para operar con el 60% del caudal de diseño. La estructura dispondrá de compuertas para limpieza. El diseñador establecerá los períodos de limpieza necesarios para el adecuado funcionamiento del desarenador.

4.3

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA

4.3.1 Estudios Previos El diseñador debe realizar todos los estudios previos que garanticen un conocimiento pleno de las características de la zona de captación, la geología, la geotecnia, la topografía, la hidrología, la hidrogeología y la calidad del agua. Además de la realización de los estudios previos y de definición de las características de la fuente de agua, descritos en el numeral 3.2 del Titulo 3: “Fuentes de Abastecimiento de Agua”, se deben realizar los siguientes estudios: •

Conceptualización del proyecto

Durante el diseño conceptual del proyecto, el diseñador debe establecer las condiciones generales del mismo, la justificación del uso de la fuente, la localización y el número de pozos; debe analizar, a nivel de factibilidad, diferentes alternativas de profundidades de explotación, ubicación y número de pozos y definir a través de una evaluación económica,

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que tenga en cuenta tanto los costos de construcción como los costos de operación, el esquema óptimo a implementar y sus etapas recomendadas de ejecución. •

Estudios hidrogeológicos

Debe seguirse lo establecido en el numeral 3.2 “Fuentes de Agua Subterráneas”, del Título 3, en cuanto a investigaciones hidrogeológicas y definición de las características de cantidad y calidad de agua de la fuente subterránea. Además, en la zona del acuífero y sus alrededores deben estimarse los niveles de infiltración y debe realizarse un balance hídrico de su cuenca que determine la capacidad de recarga y descarga. Los parámetros hidrogeológicos se determinarán con base en pruebas de bombeo, análisis de interferencias y recarga. •

Concesión de aguas

Se deberá contar con la adjudicación del CNRH de los caudales que se proyecta aprovechar, en el caso de pozos profundos se deberá contar primero con permiso de perforación del pozo y segundo, conocido los caudales de aprovechamiento se deberá solicitar la adjudicación de esas aguas. Cuando se realice el aprovechamiento mediante galerías se deberá contar con los permisos de construcción de la galería y posteriormente solicitar la adjudicación de aprovechamiento de los caudales. •

Estudios geológicos

Se deberá disponer de un anteproyecto de la obra de captación conteniendo un perfil geológico preliminar de las unidades y de las litologías que se prevén atravesar durante la perforación, incluyendo: a) b) c) d) e) f) g) h)

Profundidad de los cambios litológicos Espesores previstos Litología y nomenclatura de las unidades geológicas previstas a encontrar. Estimación de los tiempos de avance de la obra. Propuesta de ensayos litológicos especiales (perforaciones no destructivas) o maniobras de perforación específicas (pruebas lugeón o lefrang). Ensayos previstos en superficie. Plano del área en estudio a escala 1:50.000 (planialtimétrico), involucrando un área mínima de 150 km2, que incluya los rasgos de la región. El punto de perforación sobre el terreno se indicará en un plano de planta o croquis a escala apropiada, incluyendo claras referencias que permitan el acceso al lugar. El punto tendrá sus coordenadas y la cota topográfica. (según el sistema UTM)

En aquellos casos en que la información geológica e hidrogeológica no resulte suficiente, se deberán proponer técnicas de prospección geofísicas, a partir de las cuales sea posible complementar las bases del conocimiento, recomendando el tipo y cantidad de sondajes. 4.3.2 Condiciones generales Las características mínimas de los pozos o las galerías filtrantes, así como su ubicación, deben seguir las condiciones básicas descritas a continuación:

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•

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Seguridad y Vulnerabilidad

En general, los pozos deben estar alejados de toda fuente de contaminación real o potencial, estableciendo una distancia suficiente para proteger los pozos del efecto de la fuente contaminante. En particular, se establece una distancia mínima de 100 metros entre la captación de agua subterránea y elementos tales como pozos sépticos, letrinas y campos de infiltración. En caso de que las condiciones geológicas lo permitan, esta distancia mínima puede variar, siempre que el diseñador presente un estudio que justifique que a una distancia menor no se presentará problemas de contaminación en un pozo. Debe hacerse un estudio para establecer el nivel de riesgo y vulnerabilidad de la estructura del pozo, ante eventos como sismos, inundaciones, contaminación y otras amenazas posibles; en caso de tener una alta vulnerabilidad, el sistema de toma debe ser redundante y contar con elementos que permitan un abastecimiento alterno en caso de darse algunos de estos fenómenos. •

Cerramientos y protección sanitaria

La zona aledaña al pozo debe contar con los medios de protección y cerramientos necesarios para evitar la entrada de personas ajenas. Igualmente, sobre la cuenca deben tomarse todas las medidas legales necesarias para asegurar la calidad del agua y la protección de la cuenca. •

Facilidad de medición y monitoreo

Toda estructura de captación de aguas subterráneas debe contar con un sistema de medición de caudales puntuales y acumulados; adicionalmente, en el caso de bombeos debe disponerse de mecanismos que permitan determinar y almacenar información de las horas de operación. Además, cuando lo requiera la EMAAP-Q, debe disponerse de un sistema de lectura continua de caudal, con capacidad de almacenamiento. Igualmente, debe contar con un sistema para toma de muestras de agua, cuyo análisis en laboratorio permita mantener un control periódico sobre la calidad de agua subterránea explotada. 4.3.3 Diseño de pozos

4.3.3.1 Período de diseño - Pozos profundos: Las obras de captación de agua subterránea por pozos profundos deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta un período de diseño de 30 años, llamado también horizonte de planeamiento de proyecto; y se deberán definir las etapas de construcción de los pozos, según las necesidades del proyecto, basados en la metodología de costo mínimo. - Pozos excavados: Para los pozos excavados se usará un período de diseño de 15 años.

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4.3.3.2 Caudal de diseño Las obras de captación de agua subterránea deben tener una capacidad igual al caudal máximo diario (QMD), si se cuenta con almacenamiento en el sistema de distribución de agua tratada. En el caso excepcional de no tener almacenamiento, la capacidad de la obra debe ser igual al caudal máximo horario (QMH). En ambos casos, se debe tener en cuenta las pérdidas de agua que se produzcan en la tubería de conducción y los consumos en el sitio de tratamiento. 4.3.3.3 Pozos perforados profundos La formulación del anteproyecto de perforación deberá incluir el análisis de los siguientes aspectos: •

Método de ejecución de la obra

a)

Para la ejecución de la obra propuesta se deberá indicar el método de perforación a utilizar y el tipo de pozo.

b)

Se deberá analizar: -

•

Aditivos a utilizar y controles. Métodos de aislación y cementación de sectores no utilizables. Ensayos a ejecutar para verificación de aislaciones. Controles de avance y perfilaje múltiple de pozos. Ajuste del programa de entubamientos previstos en el anteproyecto. Ensayos de alineación. Ensayos de verticalidad. Métodos de limpieza. Métodos de desarrollo. Ensayos de rendimiento, pruebas de bombeo Determinación de eficiencias de operación. Ensayos hidráulicos finales de recepción. Análisis físicos químicos de aguas, según la normatividad vigente.

El diseño físico de la perforación

El diseño de la perforación deberá detallar los siguientes componentes: a)

Número de pozos y caudales

Se deberá establecer el número de pozos, el número de años establecido para el proyecto o anteproyecto de explotación del agua subterránea y los correspondientes caudales de diseño. Se deberá establecer el radio de protección del pozo. Todo pozo de explotación de agua subterránea deberá contar mínimo con un piezómetro a una distancia previamente analizada y dependiente de la geología del sector estudiado. El pozo de explotación y el piezómetro tendrán la misma profundidad

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b)

Filtros -

c)

Determinación de las granulometrías (caso de materiales clásticos) Determinación del requerimiento de filtros Determinación del tipo de filtros Determinación de aberturas Determinación de tipo de abertura Determinación de velocidad de ingreso de agua al pozo Determinación área libre necesaria Determinación de área neta Material a utilizar en función del carácter químico del agua Determinación del diámetro Resistencia a la tracción Resistencia a la compresión axial Determinación de longitud filtrante Determinación de prefiltros Características de los prefiltros

Tuberías de revestimiento -

d)

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Diámetros Longitud de las tuberías en cada diámetro Tipo de uniones Materiales Espesores Tipo de tubería: de costuras o lisa Resistencia a la tracción Resistencia a la compresión axial Profundidad total de la perforación y diámetro

Estará en la función de la geología e hidrogeología de la zona estudiada y la profundidad de los niveles de los acuíferos (será deseable perforación completa), también estará sujeta al tiempo de la investigación que se realice. e)

Brocales y unidades de seguridad.

Se establecerán brocales y lozas de protección sanitaria de los pozos, así como los cerramientos y tapas de seguridad de las unidades de explotación o de investigación del agua subterránea. f)

Patio de maniobras y/o operación

Se establecerá un área mínima de 200 m2 para operación y mantenimiento con equipos pesados. Las estructuras civiles permitirán visualizar las maniobras de operación y mantenimiento internas y externas.

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•

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Análisis de costos

El análisis de costos deberá contener la discriminación de los siguientes componentes mayores de acuerdo con los equipos requeridos en cada uno: -

Perforadora Grupos electrógenos Motocompresores Camiones Equipos de bombeo auxiliares Equipos de bombeo de ensayo Campamento y trailers Camión Cisterna Brocas y aditivos

4.3.3.4 Pozos someros excavados Estas perforaciones excavadas a mano, tendrán un diámetro mínimo de 1,5 metros, necesarios para el trabajo de una persona, con profundidades de unas pocas decenas de metros. Se deberán establecer el tipo de herramienta a utilizar dependiendo de la estratigrafía y de acuerdo al nivel freático se establecerá el tipo de bomba de achique, para avance de los trabajos de perforación. El tipo de revestimiento obedecerá al tipo de material atravesado (piedra, ladrillo, cemento o anillos de hormigón prefabricados) 4.3.3.5 Abandono y sellado de pozos Para el abandono y sellado de pozos luego de haber cumplido su vida útil o por daños en su estructura y no sea posible su restauración como piezómetro, será necesario diseñar estructuras para proteger las formaciones acuíferas contra posible contaminación y evitar pérdidas de la presión artesiana, rellenando el pozo y haciendo prevalecer el concepto de que estas maniobras, en lo posible deben restituir las condiciones geológicas que existían antes de que el pozo fuera perforado. Cuando no se pueda restituir las condiciones geológicas anteriores por la presencia de la tubería y cribas de revestimiento, se rellenará el pozo con material impermeable en los tramos de tubería ciega y materia filtrante en los tramos de cribas. En el brocal se deberá cementar una profundidad de 9 a 12 metros, previa la retirada de la tubería de ese tramo; el espacio anular cementado deberá confinar el terreno para evitar infiltraciones de contaminación desde la superficie. La profundidad de estas cementaciones será mayor dependiendo de las potenciales fuentes de contaminación (alcantarillados, lixiviados industriales, ríos contaminados, rellenos sanitarios, etc.) Sobre el pozo abandonado se deberá construir una losa de hormigón de un metro de lado y 0,25 metros de espesor. En su superficie se indicará en una placa metálica el número de pozo, la profundidad alcanzada, el caudal alumbrado, la fecha de su contracción y la fecha de abandono.

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4.3.4 Galerías de filtración Previa a la excavación de una galería se deben establecer las condiciones hidrogeológicas del acuífero, variaciones del nivel de agua subterránea a lo largo del año y características de la calidad físico-química y bacteriológica del agua que se va a explotar, características de los horizontes del acuífero, dirección y velocidad del movimiento de las aguas subterráneas, profundidad del acuífero a captar y distancias de posibles focos de contaminación. Con toda esta información será posible decidir la ubicación más conveniente de la galería, así como su dirección, profundidad, diámetro y pendiente. Frecuentemente, la dirección es perpendicular al flujo de las aguas subterráneas, pero si existe una recarga constante de un río o desde una falla geológica, podrá ser paralela. La profundidad será definida en función de la variación del nivel de las aguas subterráneas, de manera que garantice su funcionamiento durante todo el año y bajo las condiciones de sequía más severas.

4.3.4.1 Diseño de los componentes de la galería de filtración y aspectos constructivos Determinada la longitud mínima de la galería se procede al diseño de los elementos que la componen: a)

Conducto colector

En el diseño del conducto colector de la galería se deben considerar los aspectos siguientes: b)

Sección con capacidad suficiente para que fluya el caudal de diseño. Mínimas pérdidas por fricción. Área de las aberturas del dren, que faciliten el flujo de agua del acuífero hacia el conducto. Drenes de salida del agua

Los drenes se diseñarán en función de la estratigrafía, de los caudales de salida, del tipo de fracturas y de la calidad del agua. c)

Forro Filtrante

Su función principal es impedir que el material fino del acuífero llegue al interior del conducto sin que sea afectada la velocidad de filtración, debiendo el forro filtrante ser mucho mas permeable que el acuífero y de materiales andesíticos o similares. d)

Sello impermeable

En las galerías ubicadas en las márgenes de los ríos y en los acuíferos con escurrimiento propio, es recomendable sellar la parte superior del relleno de galería. e)

Tanque de carga

Esta unidad permitirá reunir el agua drenada por la galería de filtración y facilitar, si fuera el

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 5: CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

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caso, el bombeo de esta agua. Deberá permitir labores tanto de limpieza como de mantenimiento de los conductos y válvulas de regulación de los drenes y de los equipos de impulsión. En este tanque de carga se alojarán las válvulas, para el control de la velocidad de ingreso del agua desde los drenes o la depresión del nivel freático. f)

Cámaras de inspección

En caso de galerías de gran longitud, se diseñará cámaras de inspección en el extremo inicial y a intervalos regulares para facilitar su construcción y posterior mantenimiento. g)

Diseños constructivos -

Excavación Se establecerá un diagrama de excavación para rocas blandas y un diagrama de tiro para rocas consolidadas, contemplando la zanja de recolección del agua, las características de los equipos, retiro de los escombros y la extracción del agua. La dirección y pendiente de la galería deben quedar perfectamente determinadas.

-

Extracción de escombros Se establecerá un diseño del tipo de implementos y accesorios para la extracción de los escombros con pesos apropiados para no causar erosiones del piso de la galería, se determinarán los sitios de escombreras y depósito final.

-

Extracción del agua Los diseños contemplarán el tipo de extracción del agua subterránea durante los trabajos de excavación y recubrimiento de la galería, evitando que la descarga de las aguas de la galería alimente al acuífero.

-

Entibado Cuando la excavación se realice en material muy blando, poco consolidado, o muy fracturado, será necesario diseñar entibados que garanticen la estabilidad de la obra.

-

Ventilación El diseño debe contemplar la sección de la galería, el tipo de equipos que se utilizarán, el número de personas dentro de la galería, la longitud de la obra y los ramales contemplados.

4.3.5 Tratamiento Establecidas las características de la calidad físico-químicas de las aguas captadas mediante pozos y/o galerías y si existiere algún elemento que sobrepase las normas vigentes de calidad del agua para consumo humano, se diseñará unidades de tratamiento de las aguas.

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TÍTULO 5:

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CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

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TÍTULO 5:

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CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

ÍNDICE Página CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN..................................................95

5.

5.1 ESTUDIOS PREVIOS..........................................................................................95 5.1.1 Concepción del proyecto .................................................................................. 95 5.1.2 Aspectos de la franja de la conducción o línea de transmisión ........................ 95 5.1.3 Estudios cartográficos y topográficos ............................................................... 96 5.1.4 Condiciones geológicas .................................................................................... 96 5.1.5 Selección de ruta, análisis de interferencias y recomendaciones de trazado .. 96 5.2 CONDICIONES Y PARÁMETROS DE DISEÑO GENERALES ...............................97 5.2.1 Tipos de conducciones ..................................................................................... 97 5.2.2 Análisis hidráulico ............................................................................................. 98 5.2.3 Facilidad de acceso .......................................................................................... 98 5.2.4 Vulnerabilidad y confiabilidad ........................................................................... 98 5.2.5 Período de diseño............................................................................................. 98 5.2.6 Caudal de diseño .............................................................................................. 98 5.3

PARÁMETROS PARTICULARES DE DISEÑO PARA CONDUCCIONES A FLUJO LIBRE ................................................................................................................99 5.3.1 Métodos de cálculo hidráulico........................................................................... 99 5.3.2 Velocidad mínima ........................................................................................... 100 5.3.3 Velocidad máxima .......................................................................................... 100 5.3.4 Pendiente mínima ........................................................................................... 100 5.3.5 Pendiente máxima .......................................................................................... 101

5.4

PARÁMETROS PARTICULARES PARA DISEÑO DE CONDUCCIONES A PRESIÓN Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ...........................................................................101 5.4.1 Condiciones Generales del diseño ................................................................. 101 5.4.2 Análisis Hidráulico .......................................................................................... 102 5.4.3 Diseño Geométrico ......................................................................................... 106 5.4.4 Válvulas y Accesorios ..................................................................................... 106 5.4.4.1 Válvula de aire.............................................................................................. 106 5.4.4.2 Válvulas de purga......................................................................................... 107 5.4.4.3 Válvulas de corte ............................................................................................ 108 5.4.5 Bocas de acceso (manholes).......................................................................... 108 5.4.6 Elementos reductores de presión ................................................................... 108 5.4.7 Juntas de montaje .......................................................................................... 108 5.4.8 Juntas de expansión ....................................................................................... 109 5.4.9 Codos, tees, reducciones y otros.................................................................... 109 5.4.10 Anclajes .......................................................................................................... 109 5.4.11 Pasos especiales ............................................................................................ 109 5.4.12 Protección de la tubería .................................................................................. 110

5.5

ANÁLISIS EN CONDICIONES DE FLUJO NO PERMANENTE (GOLPE DE ARIETE)

........................................................................................................................110 5.5.1

Análisis del golpe de ariete ............................................................................. 110

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5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.5.6

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Condiciones para el cálculo del golpe de ariete ............................................. 111 Presiones máximas y esfuerzos a ser absorbidos.......................................... 112 Presiones mínimas ......................................................................................... 113 Métodos de cálculo del golpe de ariete .......................................................... 113 Dispositivos de control para golpe de ariete ................................................... 114

ÍNDICE CUADROS

5.1

Coeficiente de Rugosidad de Manning

5.2

Coeficiente de Rugosidad Absoluta

5.3

Coeficiente de Fricción

5.4

Velocidades máximas

5.5

Presión de Vapor del Agua

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5.

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CONDUCCIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

En este Título se establecen los criterios básicos y requisitos mínimos que deben cumplir los diseños de las conducciones, tuberías de transmisión y líneas de impulsión de bombeos, con el fin de garantizar la seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia de estos elementos dentro de un sistema de agua potable. Las líneas de conducción son los conductos destinados a transportar por gravedad (flujo libre o presurizado) las aguas crudas desde los sitios de captación hasta las plantas de tratamiento. Las líneas de transmisión son aquellas destinadas al transporte de agua tratada desde las plantas de tratamiento hasta los tanques de almacenamiento, o entre ellos; generalmente sin entrega de agua en ruta. Las líneas de impulsión son una variedad de las líneas de conducción y de transmisión, en donde el flujo es inducido por bombeo.

5.1

ESTUDIOS PREVIOS

Además de los estudios generales previos definidos en el numeral 1.5: “Estudios Generales Previos” de Título1, los estudios y diseños de las conducciones y líneas de transmisión deben cubrir mínimo los siguientes estudios iniciales: 5.1.1 Concepción del proyecto Durante la concepción del proyecto deben definirse criterios técnicos, económicos y ambientales que permitan comparar todas las alternativas posibles para la conducción de las aguas crudas o la transmisión de las aguas tratadas. Dependiendo de la topografía, la distancia y la diferencia de nivel entre la captación y la planta de tratamiento, la conducción puede hacerse a través de una tubería a presión o un canal abierto o por la energía suministrada por un bombeo (tubería de impulsión). Para las líneas de transmisión siempre se usarán tuberías que trabajen a presión, ya sea por la acción de la gravedad o por la energía suministrada por un bombeo. 5.1.2 Aspectos de la franja de la conducción o línea de transmisión Deben conocerse todos los aspectos generales de la franja por donde cruzará la conducción o tubería de transmisión; así, como los regímenes de propiedad, los usos generales del suelo en la zona y, en lo posible, los desarrollos futuros proyectados. En particular, se debe tener conocimiento de las obras de infraestructura existentes en la zona como: aeropuertos, embalses, carreteras, ferrocarriles, puentes, edificaciones, etc. También deben quedar plenamente establecidos cuáles son los terrenos de propiedad del Estado y qué predios deben adquirirse y qué servidumbres deben imponerse.

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5.1.3 Estudios cartográficos y topográficos Para los estudios de prefactibilidad y factibilidad se debe tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1.

En estudios de prefactibilidad de las conducciones y las líneas de transmisión podrán utilizarse los planos del Instituto Geográfico Militar, fotos aéreas e imágenes de satélite en la mejor escala disponible.

2.

Para los estudios de factibilidad solo se admite la utilización de restituciones aerofotogramétricas o de levantamientos topográficos.

3.

Para los estudios de factibilidad y diseños definitivos se deben obtener para el área del proyecto los planos de catastro de instalaciones de sistemas de infraestructura, como energía, teléfonos, alcantarillados de aguas lluvias, alcantarillados de aguas negras, sistemas de agua potable y otras obras y estructuras eventualmente existentes, como carreteras, aeropuertos, ferrocarriles, etc.

4.

Para los diseños definitivos, los levantamientos topográficos deben realizarse, con detalles precisos que permitan mostrar los elementos de interés, los límites de propiedades, las servidumbres a imponer, y los niveles de agua máximos observados en cuerpos superficiales. Igualmente, estos planos deben indicar en forma detallada las obras de infraestructuras existentes en la zona de trazado. Estos levantamientos deben realizarse de acuerdo a las especificaciones técnicas que para tal fin tenga vigente la EMAAP-Q. Las escalas a ser utilizadas serán aquellas indicadas en el numeral 1.3.6. “Escalas a utilizarse en los planos y dibujos”.

5.1.4 Condiciones geológicas Deben conocerse todas las condiciones geológicas y las características geotécnicas del subsuelo en las zonas de trazado de las tuberías. Utilizando planos geológicos, deben identificarse las zonas de fallas, de deslizamiento, de inundación y en general todas las zonas que presenten algún problema causado por fallas geológicas. Se evitará en lo posible alternativas de trazado que crucen zonas claramente identificadas como de deslizamiento o potencialmente inestables. Adicionalmente, el diseñador debe analizar el nivel de riesgos de inestabilidad de las zonas por donde cruzará la tubería. En caso que la conducción incluya estructuras especiales (túneles, cruces subfluviales, pasos aéreos, etc.) se realizarán las investigaciones específicas dependiendo de la magnitud del proyecto, para garantizar la seguridad de las obras. 5.1.5 Selección de ruta, análisis de interferencias y recomendaciones de trazado En el análisis de corredores alternativos y definición de la ruta escogida, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: 1.

Utilizar la ruta de menor longitud entre los puntos a conectar.

2.

Utilizar al máximo las áreas y vías públicas, evitando adquisiciones o expropiaciones de terrenos particulares.

3.

Evitar vías públicas con tráfico intenso y con dificultad de manejo del tráfico durante la

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ejecución de las obras. 4.

Evitar interferencias con otras redes de servicios públicos, principalmente con las de mayores dimensiones y con las que considere que su relocalización sea costosa o presente dificultades significativas.

5.

Evitar rutas junto a canales y quebradas, en donde puede existir concentración de aguas lluvias y líneas de alcantarillado, así como la presencia de niveles freáticos elevados.

6.

Seleccionar en lo posible un trazado con topografía suave, evitando piezas especiales y accesorios.

7.

Minimizar los cruces con vías importantes para evitar al máximo los desvíos e interrupciones del tráfico durante la ejecución de las obras.

8.

Disminuir la cantidad de rotura y reconstrucción de pavimentos, seleccionando zonas verdes o sin pavimentar.

9.

El trazado debe evitar en lo posible zonas con problemas de deslizamientos y estabilidad de taludes, así como áreas bajas susceptibles de inundación.

10. Deben evitarse en lo posible tramos de altas pendientes y contrapendientes que puedan causar bloqueos al flujo normal del agua por acumulación del aire dentro de las tuberías. 11. Deben evitarse en lo posible trazados que impliquen presiones excesivas que puedan llegar a afectar la seguridad de la conducción. 12. Se debe garantizar que el trazado definitivo no produzca cruces con la línea piezométrica con el fin de evitar presiones manométricas negativas que representen un peligro de colapso de la tubería por aplastamiento o zonas con altas posibilidades de cavitación o rotura de la línea piezométrica. 13. Se debe en lo posible minimizar impactos ambientales negativos significativos, así como también la intervención en áreas ecológicamente sensibles.

5.2

CONDICIONES Y PARÁMETROS DE DISEÑO GENERALES

Para el estudio y diseño de las tuberías de conducción y transmisión deben tenerse en cuenta las siguientes condiciones generales: 5.2.1 Tipos de conducciones Pueden utilizarse dos tipos de conducciones: conducción a superficie libre (conducto cerrado) o conducción a presión (ya sea por bombeo o por gravedad). En el planeamiento y diseño se deben tener en cuenta los siguientes requisitos: 1.

En lo posible, no deben utilizarse canales abiertos en la conducción debido a las dificultades que presenta su mantenimiento y fundamentalmente por las condiciones de riesgo de contaminación. Si se utilizan, previa justificación, los canales deben estar provistos de una cubierta de protección.

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2.

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Se admitirá que en un sistema de conducción puedan existir tramos sucesivos a superficie libre, en conducto a presión por gravedad o por bombeo, en cualquier secuencia y dimensiones siempre que se cumplan las condiciones hidráulicas particulares para cada uno de esos tipos de regímenes.

3. Las líneas de transmisión siempre deben ser tuberías a presión. 5.2.2 Análisis hidráulico Para el análisis hidráulico de la conducción o línea de transmisión deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 1. Debe desarrollarse un análisis hidráulico de la tubería simulando todas las condiciones operacionales normales y de emergencia, definiendo el régimen de presiones y caudales a lo largo de la línea. En el caso de conductos a presión, debe hacerse un análisis de flujo permanente y no permanente. 2. El diseñador debe verificar la línea piezométrica para que la conducción funcione en condiciones hidráulicas adecuadas bajo las diferentes condiciones operativas. 5.2.3 Facilidad de acceso En todos los casos, los conductos deben tener facilidad de acceso de equipos de construcción y mantenimiento a lo largo de su trazado. En los casos en que no existan caminos o carreteras paralelas a las zonas del trazado, deben planificarse los accesos, ya sean temporales o definitivos. 5.2.4 Vulnerabilidad y confiabilidad Debe establecerse el nivel de vulnerabilidad de las tuberías. En caso de que por razones geológicas, topográficas u otro tipo de razones se considere que la conducción o línea de transmisión es altamente vulnerable, se analizarán y diseñarán alternativas para mitigar o superar la situación de contingencia. En el caso de líneas de transmisión susceptibles de vulnerabilidad, se analizarán las posibilidades de que la zona de servicio de ésta tubería, pueda ser alimentada de otros sistemas vecinos a través de una interconexión controlada. 5.2.5 Período de diseño Las conducciones y líneas de transmisión deberán ser analizadas y evaluadas teniendo en cuenta un período de diseño de 30 años, para definir las etapas de construcción; según las necesidades del proyecto, se utilizará la metodología de costo mínimo, descrita en el numeral 1.6 “Evaluación Socioeconómica” del Título 1 de estas Normas. 5.2.6 Caudal de diseño Para calcular el caudal de diseño de las tuberías de conducción y transmisión deben tenerse en cuenta los siguientes requisitos:

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La conducción debe dimensionarse con un caudal de diseño en concordancia con el definido para las obras de captación (numeral 3.1.2 ”Características de la fuente”). Alternativamente, en conducciones de apreciable longitud debe analizarse la posibilidad técnico-económica de diseñar la conducción para el caudal medio diario (Qmd), más los otros consumos mencionados y adicionar, en las inmediaciones de la planta de tratamiento, un almacenamiento para cubrir los días en que la demanda diaria exceda el promedio previsto; situación que se dará en los años cercanos al final del periodo de diseño. Las líneas de transmisión serán diseñadas para transportar el caudal máximo diario (QMD) del año de diseño, cuando se dirijan en forma expresa (sin servicios en línea) a tanques de almacenamiento con volumen suficiente para compensar las variaciones horarias de la demanda de agua de las zonas servidas. Las líneas de transmisión para proyectos de interconexión con sistemas existentes deben diseñarse teniendo en cuenta los caudales de las diferentes alternativas operativas presentes y futuras.

5.3

PARÁMETROS PARTICULARES DE DISEÑO PARA CONDUCCIONES A FLUJO LIBRE

En el diseño de las conducciones a flujo libre deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos: 5.3.1 Métodos de cálculo hidráulico Debe justificarse el método de cálculo para la sección transversal de los conductos cerrados a gravedad. Se recomienda el uso de las ecuaciones de Manning, de Bassin, de ManningStrickler y de Chèzy. En el caso de secciones con rugosidad compuesta, se recomienda el uso de la fórmula de Strickler. En todos los casos debe justificarse el factor de fricción o coeficiente de pérdidas por fricción utilizado. Como ejemplo, en la siguiente tabla se establecen los coeficientes n de Manning para diferentes materiales. Cuadro No. 5.1 Coeficientes de rugosidad de Manning

Material del conducto Materiales plásticos Cemento mortero Concreto pulido Concreto áspero Concreto liso

n de Manning 0.010 0.013 0.011 0.016 0.012

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

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5.3.2 Velocidad mínima La velocidad mínima permisible estará determinada por el menor valor que evite la sedimentación. El valor de la velocidad mínima para conducciones de concreto o revestidas en concreto o materiales plásticos es de 0,45 m/s. Para las diferentes condiciones de operación de la conducción, debe verificarse el comportamiento autolimpiante del flujo, para lo cual es necesario utilizar el criterio del esfuerzo cortante medio. Por lo tanto, debe verificarse que el valor del esfuerzo cortante medio sea mayor o igual a 1,5 N/m2 (0,15 Kg/m2) para el menor caudal de operación a nivel diario; el esfuerzo cortante medio puede estimarse como:

τo = γ . R . So Donde:

τo : Esfuerzo cortante medio R : Radio hidráulico So : Pendiente del fondo del canal γ : Peso específico del agua 5.3.3 Velocidad máxima La velocidad máxima en el conducto de conducción dependerá del caudal que éste transporte, del radio hidráulico de su sección transversal y del material de las paredes. Los valores de referencia de velocidades máximas en conductos revestidos y los materiales aceptados para estos son: -

Canales en hormigón: 6 m/s Conductos plásticos: 8 m/s

No se aceptan conductos en mampostería. En caso de que el diseño involucre algún material diferente a lo anteriormente estipulado, debe justificarse la velocidad máxima adoptada. Para cumplir los requerimientos de velocidad máxima en el conducto de conducción y cuando las condiciones topográficas locales lo exijan, la conducción a superficie libre debe diseñarse en forma escalonada, con estructuras de disipación de energía en cada caída. 5.3.4 Pendiente mínima La pendiente mínima que debe ser adoptada para los conductos cerrados debe evitar la sedimentación de partículas más pequeñas; su valor está condicionado por la velocidad mínima.

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5.3.5 Pendiente máxima La pendiente máxima que será admitida en un conducto cerrado será aquella para la cual la velocidad del agua no sea superior a los valores establecidos en el numeral 5.3.3 “Velocidad máxima”.

5.4

PARÁMETROS

PARTICULARES

PARA

DISEÑO

DE

CONDUCCIONES

A

PRESIÓN Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

5.4.1 Condiciones Generales del diseño En el diseño de las conducciones y líneas transmisión se deben cumplir con los siguientes requisitos generales: 1- En lo posible, deben ser construidas totalmente en el mismo material. En los pasos especiales, cruces de quebradas, canales, vías, entre otros, se puede modificar el tipo de material. 2- Estas tuberías deben contar con todos los accesorios necesarios para su operación y mantenimiento como: válvulas de corte, válvulas de aire para expulsión y admisión de aire, válvulas de desagüe (purga), bocas de acceso (manholes), anclajes, cámaras para medición de: caudales, presiones y muestreo, y uniones de desmontaje, entre otros. 3- Los elementos de operación y control o accesorios de las conducciones y líneas de transmisión (válvulas, purgas, válvulas de aire, sitios de medición y muestreo, bocas de acceso, entre otros) deben estar contenidos en cámaras de concreto reforzado, diseñadas de acuerdo a los modelos típicos definidos por la EMAAP-Q. Las cámaras para accesorios deben tener las dimensiones adecuadas para las labores de operación y mantenimiento; deben contar, además, con uniones que permitan el desmontaje de las piezas especiales; deben contar, siempre que sea posible, con drenajes directos a los sistemas de alcantarillado pluvial o en su defecto con sistemas que permitan su drenaje por bombeo (pozo húmedo, pozo de achique, entre otros). Las cámaras para válvulas de aire y control, deben contar con todo el sistema necesario para garantizar la entrada y salida de aire (rejillas laterales, tuberías de ventilación, entre otros). El sistema para válvulas de aire y de control debe contar con válvula de soporte (guardia); al inicio de cada conducción o línea de transmisión debe colocarse una válvula de aire o ventosa. 4- El sistema para desagüe debe contar con todos los accesorios necesarios como: válvula de soporte, válvula check (si se requiere), unión de desmontaje, disipador de energía cuando se requiera y otros elementos. 5- Al comienzo y al final de cada una de las conducciones y líneas de transmisión se debe prever la instalación de medidores de caudal. El diseñador, analizando las condiciones físicas e hidráulicas, definirá el tipo de medidor y su ubicación. La exactitud del medidor será definida por la EMAAP-Q. Adicionalmente al medidor de caudal, deben ser adecuados los sitios para mediciones temporales con equipos portátiles que se requieran para verificar la exactitud de la medición fija.

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6-

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Los pasos especiales como ríos, quebradas, ferrocarriles, vías de tráfico intenso, oleoductos, entre otros, en lo posible deben diseñarse en forma subterránea. En estos sitios deben dejarse previstas bocas de acceso, aguas arriba y aguas abajo del cruce para tuberías con diámetro igual o mayor a 1000 mm (40"). Estos pasos pueden ser aéreos siempre y cuando se demuestre ante la EMAAP-Q, que no existe otra posibilidad diferente.

7- Las distancias mínimas libres entre una línea de transmisión y los colectores del sistema de recolección de aguas residuales, deben ser de 1,0 m en la dirección horizontal, y 0,3 m en la dirección vertical, en lo posible por encima. En todos los casos la distancia vertical se mide entre la cota clave de la tubería de la red de alcantarillado, y la cota invert de la tubería de agua potable. En cruces con poliductos se debe considerar las Normas del Ministerio de Energía y Minas. 5.4.2 Análisis Hidráulico El análisis hidráulico de las tuberías debe ser desarrollado simulando todas las condiciones operacionales normales y de emergencia, definiendo el régimen de presiones y caudales a lo largo de la línea. Se debe realizar el análisis en flujo permanente y no permanente. Para el análisis de flujo permanente deben ser utilizados los siguientes criterios: •

Programas para la realización del diseño

Para el desarrollo del diseño de las conducciones y líneas de transmisión el diseñador debe utilizar un programas de simulación hidráulica compatible con el software que tenga implementado la EMAAP-Q. •

Cálculo de la pérdida de carga

Para el cálculo hidráulico y la determinación de las pérdidas por fricción en tuberías a presión puede utilizarse la ecuación de Darcy - Weisbach o la ecuación de Hazen - Williams con la debida consideración de los rangos de validez y exactitud.

a) Cálculo de la pérdida de carga utilizando la fórmula de Darcy - Weisbach. La fórmula de Darcy - Weisbach es aplicable para cualquier condición de flujo en conductos circulares a presión. El cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción en una tubería o conducto cilíndrico largo, con un diámetro interior continuo utilizando la ecuación de Darcy - Weisbach, debe hacerse como se indica a continuación:

hf = f .

L V2 . D 2. g

Para la aplicación de esta ecuación deben contemplarse los siguientes aspectos:

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El coeficiente de fricción de Darcy (f) para tuberías de sección circular se obtiene utilizando las siguientes ecuaciones:

⎛ k 2.51 = −2 log10 ⎜ s + ⎜ f ⎝ 3.7 D Re f

1

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

El número de Reynolds (Re) esta definido por la ecuación:

Re =

ρ .V .D µ

Nota: No se aceptan diseños con Re < 4000 Donde: hf = f= L= D= V= g= ks = Re= ρ= µ=

pérdida de carga, metros coeficiente de fricción de Darcy longitud de la tubería, metros diámetro interno de la tubería, metros velocidad media del flujo, m/s. aceleración de la gravedad, m/s2 rugosidad absoluta de la tubería número de Reynolds densidad del agua viscosidad absoluta del agua

El coeficiente de rugosidad absoluta ks recomendado para la fórmula de Darcy- Weisbach para líneas de transmisión de diferentes tipos de materiales, se indica en el cuadro No. 5.2. Se diferencia el coeficiente para estudios de factibilidad y para diseños detallados, de acuerdo a las notas indicadas debajo del cuadro. El coeficiente de rugosidad a utilizar es el valor esperado para la tubería al final del período de diseño. Cuadro No. 5.2 Coeficiente de rugosidad absoluta - fórmula de Darcy- Weisbach

Clase de tubería y revestimiento interno PVC Polietileno de alta densidad GRP (Fibra de vidrio) Acero con revestimiento interno de coal-tar, enamel o epoxi CCP (Concrete cylinder pipe) Hierro dúctil y acero con revestimiento interno en mortero de cemento

COEFICIENTE kS (mm) Factibilidad líneas Diseño detallado expresas líneas expresas (1) (2) 0.120 0.060 0.120 0.060 0.120 0.060 0.120

0.060

0.240

0.120

0.240

0.120

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

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NOTAS: (1) En estudios de factibilidad, las rugosidades propuestas incluyen provisión para las pérdidas locales y en consecuencia no se incluyen por separado. (2) En los diseños definitivos, las rugosidades consideradas son para el cálculo de pérdidas por fricción únicamente. Las pérdidas locales se calculan separadamente. Polietileno: Corresponde a polietileno de alta densidad, que es el único aceptado en sistemas de agua potable a presión GRP: Glass Reinforced Pipe, Tubería de Fibra de vidrio CCP: (Concrete Cylinder Pipe), Tubería de concreto con cilindro de acero.

b) Cálculo de la pérdida de carga utilizando la fórmula de Hazen-Williams. La fórmula para el cálculo de la pérdida de carga distribuida en la ecuación de HazenWilliams es la siguiente:

H = 10.69 L.Q 1.852 C 1.852 D −4.867 En la cual: H = Pérdida de carga en metros L = Longitud del tramo en metros Q = Caudal de diseño en m3/s D = Diámetro interno del tubo en metros C = Coeficiente de Hazen-Williams para fricción. Esta fórmula es aplicable solamente bajo las siguientes condiciones: - La velocidad máxima no debe de ser mayor a 4 m/s - El diámetro debe ser superior o igual a 2" El coeficiente de fricción recomendado para la fórmula de Hazen-Williams para líneas de transmisión de diferentes tipos de materiales se indica en el cuadro No. 5.3. Igual que en la formula de Darcy, se diferencia la etapa de factibilidad donde se usa un coeficiente global y la de diseño detallado donde se calculan las pérdidas por fricción y se añaden las pérdidas menores. Cuadro No. 5.3 Coeficiente de Fricción- fórmula de Hazen-Williams

Clase De tubería y revestimiento interno PVC Polietileno de alta densidad (3) GRP (Fibra de vidrio) Acero con revestimiento interno de coal-tar enamel o epoxi CCP (Concrete cylinder pipe) Hierro dúctil y acero con revestimiento interno en mortero de cemento

COEFICIENTE C Factibilidad líneas Diseño detallado expresas líneas expresas (1) (2) 130 140 130 140 130 140 130

140

120

130

120

130

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

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NOTAS: (1) En los estudios de factibilidad, las rugosidades propuestas incluyen provisión para las pérdidas locales y en consecuencia no se incluyen por separado. (2) En los diseños definitivos, las rugosidades consideradas son para el cálculo de pérdidas por fricción únicamente. Las pérdidas locales se calculan separadamente. (3) Polietileno: Corresponde a polietileno de alta densidad, que es el único aceptado en sistemas de agua potable a presión. Debido a que todos los coeficientes de rugosidad dependen de la clase de tubería a utilizar, así como del tiempo que lleven en servicio, el diseñador debe justificar, para los cálculos hidráulicos, el coeficiente que va a utilizar para las tuberías existentes y proyectadas dependiendo del alcance del proyecto. •

Velocidades

Las conducciones y líneas de transmisión se consideran como tuberías sin servicios en ruta y no conectadas en sus tramos intermedios a la red de distribución, su mayor velocidad debe estar ligada con el aprovechamiento óptimo de la diferencia de cotas piezométricas entre sus extremos. La velocidad máxima corresponde al caudal de diseño y será inferior a los siguientes límites, según el tipo de recubrimiento interior de la tubería: Cuadro No. 5.4 Velocidades máximas Material del Recubrimiento Interior PVC, GRP, PE Mortero o concreto centrifugado Recubrimiento epóxico

Velocidad Máxima (m/s) 6.0 4.0 6.0

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

La velocidad mínima corresponde al caudal medio del año inicial del período de diseño y será en lo posible superior a 0,60 m/s, en agua cruda y 0,45 m/s en agua tratada. En caso de no poder cumplir con esta velocidad mínima se deberán verificar que las purgas en las tuberías de conducción y transmisión originen velocidades superiores a 1,0 m/s en la tubería durante su operación, capaces de realizar la remoción de la capa de biopelícula formada en las paredes internas de las tuberías y así minimizar el riesgo de incrustaciones de estas. •

Presiones

La presión máxima depende de las alternativas consideradas y debe ser compatible con los diferentes tipos de materiales existentes en el mercado. Siempre se debe tener como mínimo una presión de 5,0 m.c.a sobre la clave de la tubería en los puntos más elevados del perfil para la condición más crítica de operación, con el fin de evitar el corte de la línea piezométrica y la despresurización de las tuberías.

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•

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Dimensionamiento de la tuberías

Para el cálculo del diámetro de las tuberías de conducción y líneas de impulsión se emplea la fórmula de Hazen-Williams o la de Darcy- Weisbac, adoptando los coeficientes de acuerdo con el material escogido, teniendo en cuenta además los límites de presión y velocidad especificados en esta Norma. Considerando que varios diámetros pueden cumplir las exigencias técnicas de presión y velocidad, el diseñador debe determinar el diámetro que cumpla las exigencias técnicas y que además genere el menor costo del sistema. Si la tubería de conducción está alimentada por un sistema de bombeo, se debe realizar un análisis económico del conjunto bomba-conducción para encontrar el diámetro óptimo. •

Pérdidas de carga en los accesorios

Para el cálculo de las pérdidas de carga en curvas, tees, válvulas y otros elementos, se debe utilizar la siguiente fórmula: Ha = Ka. V2 / 2g En donde: Ha = Pérdida de carga en el accesorio en m.c.a. Ka= Coeficiente de pérdida de carga del accesorio, adimensional V = Velocidad en la sección en m/s g = Aceleración de la gravedad en m/s2 5.4.3 Diseño Geométrico Además de las recomendaciones hechas en el numeral 5.1.5 “Selección de ruta, análisis de interferencias y recomendaciones de trazado” de este Título, se debe considerar en el diseño geométrico, lo siguiente: 1)

Mantener una profundidad mínima indispensable para la protección de la tubería y su aislamiento térmico.

2) Hacer coincidir, siempre que sea posible, las deflexiones verticales con las horizontales. 3)

Procurar hacer todos los pasos siempre enterrados, minimizando los pasos aéreos a lo estrictamente indispensable, debido a los aspectos de seguridad y menor costo de instalación.

5.4.4 Válvulas y Accesorios

5.4.4.1 Válvula de aire Las válvulas de aire deben ser instaladas en todos los puntos donde haya la posibilidad de acumulación de aire en la tubería, donde no sea posible su remoción hidráulica. Adicionalmente en los puntos altos a cada lado de una purga. En el dimensionamiento de

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una válvula de aire deben analizarse las siguientes tres condiciones de operación:

a) Verificación de la remoción hidráulica del aire En líneas generales debe hacerse la verificación de la remoción hidráulica del aire en un tramo descendente aguas abajo de cualquier cambio de dirección. Para que haya la remoción hidráulica de aire, es necesario que la velocidad mínima operacional de la tubería sea igual o superior a la velocidad crítica de remoción de aire. En caso de no existir la remoción hidráulica será necesaria la instalación de válvulas de aire para su remoción mecánica. El método de cálculo y el dimensionamiento resultante será sustentado por el diseñador.

b) Verificación para la condición de llenado de la línea El dimensionamiento de las válvulas de aire para su remoción mecánica se debe complementar con la verificación de una suficiente capacidad de expulsión de aire durante la operación de llenado de la línea, evitando la formación de grandes bolsas de aire que bloqueen el flujo dentro de la tubería. La velocidad del llenado de la línea no deberá superar los 0,3 m/s. Para garantizar esta condición el diseñador debe prever, en donde se considere necesario, el uso de by - pass. En estas condiciones, en los puntos donde se acumula el aire que puede ocasionar el bloqueo del flujo de agua, deben ser instaladas válvulas de aire, cuyo diámetro será definido y sustentado por el diseñador.

c) Verificación para condición de operación de las purgas Además de los análisis referidos, los diámetros y ubicación de las válvulas de aire deben ser verificados para las condiciones de operación de las purgas en el vaciado de la línea. El diámetro de las válvulas de aire debe ser suficiente para permitir el ingreso de aire a la tubería en un volumen similar al volumen de agua desplazado durante la operación de las válvulas de vaciado o purga. 5.4.4.2 Válvulas de purga En todos los puntos bajos deben colocarse válvulas de purga (de bola, polijet, compuerta) para el drenaje de la tubería; en los casos que no se especifique válvula de purga, se debe dar la justificación correspondiente. El dimensionamiento de la purga será definido y sustentado por el diseñador. La velocidad máxima en la descarga de las purgas no será superior a 10 m/s, y se debe garantizar que la válvula que controla el caudal no está en una condición crítica de cavitación. Cuando se abre la purga y la altura a drenar es alta, se pueden producir velocidades muy elevadas que pueden dañar las paredes de las cámaras de drenaje, por lo cual se limita al valor indicado. Esto se puede lograr mediante platinas de orificios, entre otros accesorios.

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Adicionalmente, el diseñador debe verificar velocidades, caudales máximos y presiones a la salida de la purga con el fin de analizar la capacidad de la descarga final o sistema receptor y definir el sistema para la reducción de la presión. Por seguridad, para tuberías importantes en las redes matrices, la EMAAP-Q podrá solicitar la instalación en las estructuras de purga, válvulas automáticas con pilotos hidráulicos de control. 5.4.4.3 Válvulas de corte Deben ser localizadas al comienzo y al final de la línea de conducción o transmisión. El diseñador debe evaluar la necesidad de instalación de válvulas de corte a lo largo de la línea, en cuyo caso debe justificar su instalación, analizando los aspectos técnicos que dependen de su operación. Debe hacerse un estudio de transientes hidráulicos para la operación de las válvulas en el sistema, y se confeccionará el manual de operación correspondiente. Para diámetros mayores a 400 mm (16") se deben proyectar sistemas de by – pass, para facilitar el llenado, sin cavitación en la válvula y sin exceder las velocidades de llenado utilizadas para el dimensionamiento de las válvulas de aire. 5.4.5 Bocas de acceso El diámetro mínimo de las bocas de acceso será de 0,60 metros y deben instalarse en tuberías con diámetro igual o superior a 1000 mm (40”). Deben ser localizadas preferiblemente junto a válvulas de maniobra, purgas y cruces. El espaciamiento máximo de las bocas de acceso debe ser definido por el proyectista en coordinación con la EMAAP-Q. 5.4.6 Elementos reductores de presión Se debe justificar su necesidad y proporcionar las especificaciones del tipo de elemento a utilizar para reducir la presión; se deja claramente establecido que no deben sobrepasarse las presiones de trabajo de las tuberías. 5.4.7 Juntas de montaje Las juntas de montaje deben ser previstas en todos los sitios donde haya necesidad de mantenimiento o reemplazo de alguna válvula o accesorio. a) Para tuberías de acero deben ser previstas juntas rígidas tipo "Dresser - Style 38", o similares. b) Para tuberías con superficie externa irregular o porosa como el concreto, por ejemplo, deben ser soldadas extremidades en tubos de acero, para la instalación de las juntas.

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5.4.8 Juntas de expansión Las juntas de expansión deben ser previstas en los pasos aéreos ejecutados con tuberías de acero con uniones soldadas, en las cuales el dimensionamiento indique su necesidad, con el fin de absorber las dilataciones o contracciones debidas a las variaciones térmicas. Estas juntas deben ser del tipo "Slip Joint", o "Stuffingbox”. 5.4.9 Codos, tees, reducciones y otros En el caso de deflexiones pequeñas o codos con radio grande, deben utilizarse las deflexiones admisibles en las juntas tipo espigo-campaña, hasta conformar la curva deseada. Para las tuberías de acero soldado, las piezas especiales deben ser diseñadas y fabricadas de acuerdo con las normas y recomendaciones de la Norma AWWA, C-206. 5.4.10 Anclajes •

Verificación de la necesidad de anclajes

En todos los puntos de una línea de conducción o transmisión en donde el agua sea desviada o detenida de una trayectoria en línea recta, se debe garantizar su condición de estabilidad frente a los empujes causados por la presión interna de la conducción, realizando el análisis de fuerzas desbalanceadas para la condición más desfavorable del servicio. Debe analizarse todas las deflexiones graduales, en tuberías con juntas elásticas, codos, reducciones, derivaciones, salidas, tapones y demás elementos que deban soportar fuerzas de empuje laterales, verticales, o longitudinales en una conducción; esto incluye todas las válvulas y accesorios cuya localización u operación induzcan tal efecto de empuje. •

Dimensionamiento de los anclajes

Deben ser diseñados teniendo en cuenta los diferentes tipos de tuberías; para su dimensionamiento se usarán las mayores presiones de trabajo o servicio a las que pueda estar sometida la tubería; se deben comparar las presiones máximas en el régimen transitorio con las presiones a que se somete la tubería en la prueba hidrostática. 5.4.11 Pasos especiales Los pasos especiales de la tubería, tales como ríos, quebradas, ferrocarriles, vías de tráfico intenso, además de otros, deben ser analizados a nivel de prediseño y definidos los métodos constructivos adecuados a nivel de diseño. 1)

En principio, se deben utilizar siempre pasos subterráneos, considerando los aspectos de seguridad de la tubería; sin embargo, se pueden utilizar pasos aéreos en casos plenamente justificados por el diseñador.

2)

Para los pasos aéreos se debe tratar de utilizar estructuras existentes, tales como puentes y viaductos, una vez se demuestre que tienen capacidad de soporte para

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recibir la tubería, en caso contrario se debe realizar el diseño de estructuras especiales para el soporte de la tubería. En ambos casos, se debe garantizar la protección de la tubería contra daños que puedan ser causados por el tráfico, por inundaciones o actos de vandalismo. 3)

El diseñador debe analizar los métodos constructivos de los pasos subterráneos, considerando las alternativas de instalación de la tubería en el interior de túneles o en zanjas cubiertas con puentes provisionales. La alternativa recomendada por el diseñador debe ser justificada y debidamente sustentada a la EMAAP-Q.

5.4.12 Protección de la tubería Deben ser analizadas todas las condiciones de instalación de la tubería, especificando su protección cuando sea necesario, en especial deben ser analizados los siguientes aspectos: 1.

Instalación de la tubería en tramos con pendientes acentuadas, iguales o mayores a 20 grados.

2.

Instalación de la tubería en pasos subfluviales de quebradas sujetas a inundaciones o caudales que puedan causar erosión en la protección de la tubería.

3.

Instalación de la tubería con altura de relleno menor que la especificada, tanto en zonas de pasos vehiculares como zonas verdes.

4.

En la instalación de la tubería en áreas sujetas a inundaciones, se debe verificar que la tubería no flote, recomendando anclajes para su lastrado donde sea necesario.

5.

Debe analizarse la interacción entre el suelo y el material de las tuberías metálicas, con el fin de determinar si la diferencia de potencial entre estos, conlleva la posibilidad de corrosión de la tubería y por ende se requiera prever de un sistema de protección catódica.

5.5

ANÁLISIS EN CONDICIONES DE FLUJO NO PERMANENTE (GOLPE DE ARIETE)

En el dimensionamiento de las conducciones, líneas de transmisión y líneas de impulsión debe hacerse un análisis en condiciones de flujo no permanente (golpe de ariete), para lo cual deben seguirse los criterios y aspectos que se señalan a continuación: 5.5.1 Análisis del golpe de ariete

El análisis del golpe de ariete debe considerarse en los siguientes casos: 1. Proyectos de nuevas tuberías por bombeo. 2. Proyectos de nuevas tuberías por gravedad. 3. En las instalaciones existentes en las que se diseñen ampliaciones debido a un aumento en la demanda, en las que se coloquen bombas nuevas, en las que se hagan nuevos

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tanques o embalses o en las que existan variaciones de presión en cualquier sección de la línea de aducción o conducción. 4. En las instalaciones existentes cuando hay cambios en las condiciones normales de operación y en las condiciones excepcionales de operación. 5. En las instalaciones existentes que van a ser incorporadas a un nuevo sistema, aún cuando no sufran modificaciones de ninguna naturaleza. Para solucionar los problemas originados por el flujo transitorio, en el estudio del golpe de ariete deben probarse diversos dispositivos de control, con el fin de seleccionar aquel que ofrezca la mayor protección posible por el mismo costo. 5.5.2 Condiciones para el cálculo del golpe de ariete El análisis del golpe de ariete en las tuberías de conducción o transmisión debe hacerse para las condiciones normales de operación, deben tomarse medidas preventivas para las condiciones excepcionales de posibles emergencias o por la falta de dispositivos de protección. Dichas condiciones para los diferentes tipos de tuberías son las siguientes: 1. Condiciones normales de operación por bombeo En las tuberías por bombeo se consideran como condiciones normales de operación: -

El funcionamiento adecuado de los dispositivos de protección y control de golpe de ariete, previsto en el diseño. La interrupción súbita del bombeo. El inicio del bombeo. Las maniobras de cierre o apertura de válvulas de control o de cierre existentes en la línea. La ocurrencia de las condiciones establecidas en el segundo ítem en todas las estaciones de bombeo de un sistema complejo.

2. Condiciones excepcionales en tuberías por bombeo: En los sistemas por bombeo se consideran como condiciones excepcionales las siguientes: -

La falla en cualquiera de los dispositivos de protección y control del golpe de ariete. Las maniobras inadecuadas en las válvulas, en desacuerdo con las reglas de operación especificadas para el proyecto. La ruptura de la tubería en la sección de máxima presión bajo régimen de flujo permanente. El cierre retardado de una de las válvulas de retención de la descarga de las bombas antes o simultáneamente con la máxima velocidad de reversa, ocurrida posteriormente a la interrupción del bombeo.

3. Condiciones normales de operación en conducciones por gravedad Se consideran como condiciones normales de operación en flujo a presión por gravedad: -

El funcionamiento adecuado de los dispositivos de protección y control contra el golpe de ariete previstos en el diseño.

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Las maniobras de cierre y apertura de las válvulas de control y de cierre existentes en las tuberías de conducción y transmisión.

4. Condiciones excepcionales en conducciones a presión por gravedad. Las condiciones excepcionales en flujo a presión por gravedad son: -

La falla en cualquiera de los dispositivos de protección y control contra el golpe de ariete. Las maniobras inadecuadas de las válvulas, en desacuerdo con las reglas de operación especificadas en el diseño del proyecto. La ruptura de la tubería de conducción o transmisión en la sección de máxima presión bajo un flujo permanente.

5.5.3 Presiones máximas y esfuerzos a ser absorbidos En las tuberías a presión que incluyan los dispositivos de control enumerados en el numeral anterior, las presiones internas máximas en la tubería no podrán exceder los siguientes valores: 1.

Para las condiciones normales de operación, las presiones internas no podrán exceder el valor de la presión admisible para cada material y para cada clase de tubería y de conexiones, juntas, bombas, válvulas y todos los demás accesorios presentes en la tubería.

2.

En las condiciones de operación excepcional, el valor de 1.5 veces la presión admisible obtenida para cada material y para cada uno de los accesorios colocados en la tubería de aducción.

3.

En las condiciones normales y excepcionales, las presiones utilizadas para el cálculo de los empujes aplicados a las estructuras de anclaje de las tuberías, conexiones y equipos.

La presión admisible a que se refiere el presente numeral es, para el caso de los materiales metálicos, la presión que produce la máxima tensión de tracción de 0.5 veces el esfuerzo de fluencia o el esfuerzo límite de resistencia de los materiales de los que están hechas las tuberías, las conexiones y los accesorios. En los demás casos, es la presión de ensayo hidráulico de las tuberías, dividida por un coeficiente de seguridad no inferior a 2.5. Si las tuberías, las conexiones y demás accesorios ya tienen definidas por norma su presión y esfuerzo máximos admisibles, estos valores serán los utilizados en el presente numeral. En aquellas instalaciones que sean proyectadas sin dispositivos de control, los esfuerzos originados por el fenómeno del golpe de ariete no podrán ser absorbidos por el material del que están hechas las tuberías y las conexiones, ni por las juntas, los anclajes, los accesorios y los equipos de la instalación, a menos que se verifiquen las siguientes condiciones: 1. Las presiones internas máximas debidas al flujo no permanente sean inferiores a las presiones de servicios especificadas para cada tipo de material y clase de tubería, conexiones, accesorios, equipos y todo tipo de juntas. 2. No existen condiciones de operación excepcionales o de emergencia.

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3. La presión interna máxima no excede 1.25 veces la presión de servicio en fenómenos transientes que ocurran máximo dos veces por año. En todos los casos arriba citados deben estar justificados el costo mínimo y la seguridad con relación a los costos que se obtendrían dotando la instalación de dispositivos de control de golpe de ariete y de seguridad. 5.5.4 Presiones mínimas Las presiones mínimas debidas al fenómeno del golpe de ariete, que ocurran en cualquier sección en la tubería de conducción y líneas de transmisión, deben ser mayores que la presión subatmosférica admisible. En las condiciones normales de operación para cualquier tipo de tubería y de material utilizado, la presión absoluta mínima admisible está dada por la presión absoluta de vapor del agua a temperatura ambiente restada de la presión atmosférica local. En la tabla siguiente se muestran los valores de la presión absoluta de vapor de agua para diferentes temperaturas.

Cuadro No. 5.5 PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA Temperatura ( °C ) 0 5 10 15 20 25 30 40 50

Presión de Vapor (kPa) 0.61 0.87 1.23 1.70 2.34 3.17 4.24 7.38 12.33

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

Para tuberías de pared delgada compuestas de materiales flexibles, tales como metales o plásticos, la presión subatmosférica mínima admisible está definida por la presión de colapso estructural del tubo, siempre y cuando su valor sea superior a la presión mínima admisible establecida en el párrafo anterior para cualquier condición de operación. 5.5.5 Métodos de cálculo del golpe de ariete En tuberías de conducción y líneas de transmisión ya sea que operen por gravedad o por bombeo, el estudio del golpe de ariete debe ser hecho con cualquier software que utilice el método de las características o algún método de elementos finitos, considerando la columna de agua como elástica.

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5.5.6 Dispositivos de control para golpe de ariete Dentro de los estudios que se realicen para analizar el transiente hidráulico, se deben incluir los correspondientes a los diferentes dispositivos utilizados para controlar el golpe de ariete de tal forma que se pueda seleccionar la mejor alternativa técnica y económica. Los dispositivos que pueden ser considerados para el control del golpe de ariete son: válvulas de retención, válvulas con una o dos velocidades de cierre, válvulas de alivio, tanques de compensación unidireccionales, volantes de inercia y tanques hidroneumáticos. Se debe tener en cuenta que los análisis de transientes hidráulicos se hacen para condiciones normales de operación y posibles condiciones de emergencia.

.

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TÍTULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

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TÍTULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

ÍNDICE Página SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN .....................................................................118

6.

6.1 ASPECTOS DE CALIDAD DEL AGUA Y SU TRATABILIDAD .............................118 6.1.1 Calidad del agua cruda y grado de tratamiento requerido.............................. 118 6.1.2 Requisitos de Calidad del Agua Tratada ........................................................ 119 6.1.3 Estudios de Tratabilidad ................................................................................. 119 6.2

ASPECTOS GENERALES DE LOS PROYECTOS DE SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN ............................................................................................121 6.2.1 Procedimientos generales de los proyectos de potabilización ....................... 121 6.2.2 Procedimientos particulares previos ............................................................... 121 6.2.2.1 Fase 1: Caracterización del Agua cruda ...................................................... 121 6.2.2.2 Fase 2: Estudios de conceptualización ........................................................ 121 6.2.2.3 Fase 3: Diseños definitivos........................................................................... 124

6.3

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE CADA PROCESO DE TRATAMIENTO .........................................................................124 6.3.1 Reserva de agua cruda................................................................................... 124 6.3.2 Coagulación – Mezcla Rápida ........................................................................ 125 6.3.3 Floculación Convencional ............................................................................... 125 6.3.4 Sedimentación ................................................................................................ 125 6.3.5 Filtración Rápida ............................................................................................. 126 6.3.6 Filtración Lenta ............................................................................................... 126 6.3.7 Desinfección ................................................................................................... 126 6.3.8 Pretratamiento para control de sabor y olor.................................................... 129 6.3.9 Pretratamiento para desferrización y desmanganetización ............................ 129 6.3.10 Estabilización del agua ................................................................................... 129 6.3.11 Filtración directa ............................................................................................. 130 6.3.12 Filtros a presión .............................................................................................. 130 6.3.13 Tratamiento y manejo de lodos....................................................................... 130

6.4

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE OBRAS ANEXAS Y COMPLEMENTARIAS A LAS PROCESOS ......................................131 6.4.1 Edificio de Operación (Casa de Químicos)..................................................... 131 6.4.1.1 Elementos o ambientes que deben ser considerados.................................. 131 6.4.1.2 Condiciones de Seguridad ........................................................................... 133 6.4.1.3 Equipo mínimo de laboratorio de análisis de calidad del agua .................... 133 6.4.2 Sistemas de instrumentación y control ........................................................... 134 ÍNDICE TABLAS

6.1

Criterios para dimensionamiento de sedimentadores

6.2

Valores de k en mg.mín/l para plantas con remoción del 95 al 99% de Coli Total

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

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6.3

Valores de k en mg.mín/l para plantas con remoción del 90 al 95% de Coli Total

6.4

Valores de k en mg.mín/l para plantas con remoción menor del 90% de Coli Total

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

6.

SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

6.1

ASPECTOS DE CALIDAD DEL AGUA Y SU TRATABILIDAD

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En este numeral se establecen las condiciones y requisitos mínimos que debe cumplir el agua cruda para ser considerada como una fuente de agua, susceptible de ser potabilizada mediante un tratamiento específico. Además, se establece la calidad requerida por la normatividad nacional vigente para el agua tratada, los ensayos de tratabilidad del agua que deben realizarse para definir los parámetros de diseño de los procesos de tratamiento y algunos aspectos para la protección de la cuenca de aporte de la fuente de agua seleccionada. 6.1.1 Calidad del agua cruda y grado de tratamiento requerido La calidad de agua de la fuente debe caracterizarse de la manera más completa posible para poder identificar el tipo de tratamiento que necesita y los parámetros principales de interés en período seco y de lluvia. La caracterización del agua cruda debe proveer al diseñador la información suficiente respecto a las principales características físicas, químicas y bacteriológicas del agua, y respecto a las variaciones de la calidad del agua en el tiempo. Los parámetros mínimos de calidad que debe cumplir el agua cruda para ser considerada como una fuente de agua que se pueda potabilizar con destino al consumo humano y uso doméstico, están definidos en el Texto Único de Legislación Ambiental Secundario (TULAS), Libro VI, Anexo 1. Definida la aceptabilidad de la fuente de agua, corresponde al diseñador definir el tipo y grado específico de tratamiento requerido para que esta agua cruda cumpla con todos los requerimientos que exige la normatividad nacional para el agua tratada y que se detallan en el numeral 6.1.2 “Requisitos de Calidad del Agua Tratada”. Para determinar el tratamiento adecuado para cada caso es indispensable que el diseñador realice todas las pruebas y ensayos de tratabilidad que estime necesarios, algunos de los cuales se describen en el numeral 6.1.3 “Estudios de Tratabilidad”. •

Muestreos

Es necesario que antes de iniciar el diseño de una planta de tratamiento, se emprenda un programa de muestreo que permita analizar el agua en diferentes períodos del año (seco y lluvioso). Las muestras tomadas serán analizadas para determinar las características de calidad señaladas anteriormente. Con los resultados establecidos se prepararán curvas de frecuencia acumulada de estos parámetros las que estudiadas estadísticamente, coadyuvarán posteriormente a la selección del tratamiento mas apropiado técnica y económicamente. Para la ejecución de los muestreos es necesario tener en cuenta los apartes aplicables de los siguientes procedimientos de las Normas Técnicas Ecuatorianas: -

NTE- 2226:00 Diseño de programas de muestreo

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

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NTE- 2169:98 Muestreos, manejo y conservación de muestras NTE- 2176:98 Técnicas de muestreo

Además de los análisis del agua cruda, el diseñador deberá investigar la cuenca de aporte a la fuente seleccionada, con el objeto de anticipar situaciones que podrían afectar la calidad del agua como resultado de la ocupación actual o futura de la cuenca. En particular, se identificarán asentamientos humanos, industrias y otros contaminadores potenciales. En caso de existir la posibilidad de descargas de productos tóxicos o capaces de tornar el agua inapropiada para el consumo, se deberá descartar la fuente; si ésta fuese la única fuente aprovechable, se deberán establecer claramente las precauciones que se deben tomar para su utilización. En cada caso la EMAAP-Q establecerá la profundidad requerida del estudio de inspección de la cuenca. 6.1.2 Requisitos de Calidad del Agua Tratada El agua para consumo humano no debe contener microorganismos patógenos, ni sustancias tóxicas o nocivas para la salud. Por tanto, el agua tratada para consumo debe cumplir los requisitos de calidad microbiológicos y fisicoquímicos exigidos en la Norma Técnica Ecuatoriana Obligatoria: NTE - INEN1-108:2006, Segunda Revisión, expedido por el Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) o en su defecto, la Norma que la reemplace. La calidad del agua no debe deteriorarse ni caer por debajo de los límites establecidos durante el periodo de tiempo para el cual se diseñó el sistema de tratamiento. 6.1.3 Estudios de Tratabilidad A partir de los procesos de tratamiento preseleccionados se procederá a realizar pruebas de tratabilidad en laboratorio y/o estudios en plantas piloto, para definir la factibilidad técnica de las alternativas y para determinar los valores recomendables para los principales parámetros de diseño, con miras a conseguir la máxima eficiencia en la remoción de las sustancias contaminantes. El diseñador definirá y sustentará para cada caso el tipo de pruebas a realizar, la cantidad de ensayos y el alcance de los mismos, los cuales serán aprobados por la EMAAPQ. En todo caso, en lo posible las pruebas deben realizarse con muestras de agua cruda tomadas durante las épocas seca y lluviosa. De acuerdo al tipo de agua cruda, a la capacidad nominal de la planta, y al proceso preseleccionado, es recomendable realizar pruebas de jarras de diferente naturaleza o preparar ensayos en plantas piloto. En el caso de plantas existentes, de ser posible y preferiblemente, se efectuarán estos ensayos en el prototipo. Las pruebas de jarras se ejecutan para comparar la eficiencia de dos o más procesos de tratamiento, o para encontrar los valores óptimos de los principales parámetros de un proceso de tratamiento seleccionado. En ambos casos, se recomienda realizar las pruebas de jarras modificadas. Las pruebas de jarras, tanto para determinar parámetros óptimos de una alternativa de tratamiento, como para selección de procesos, se aceptarán para cualquier capacidad de la planta de potabilización, siempre que se trate de procesos de tratamiento convencionales. Para plantas que utilicen procesos no convencionales y que tengan una capacidad mayor de 500 l/s, la EMAAP-Q podrá requerir ensayos en plantas piloto. Las pruebas de jarras para determinar parámetros óptimos, se utilizarán para lo siguiente:

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

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a)

Selección del coagulante o combinación más adecuada de coagulantes y otros productos químicos a utilizar en el tratamiento del agua cruda.

b)

Dosis óptima de coagulante: es aquella dosis de coagulante que produce la más rápida desestabilización de las partículas coloidales, que permite la formación de un flóculo pesado y compacto, que pueda ser retenido en los sedimentadores y si pasa a los filtros no se rompa. En general, los resultados de esta prueba permitirán definir una dosis de coagulante para cada turbiedad del agua cruda.

c)

pH óptimo: el propósito de esta prueba es encontrar el rango de pH óptimo en relación al coagulante o ayudante de coagulación estudiado, y en relación al costo que significa conseguirlo.

d) Selección de ayudantes de coagulación: el objetivo del ensayo es comparar la eficiencia en la remoción de turbiedad y color de varios polielectrólitos disponibles en el mercado, o polímeros naturales tales como almidones y celulosas, para determinar cuál de ellos es el que mejor se adapta al proceso de tratamiento y al agua cruda estudiados. e)

Parámetros de floculación: básicamente este ensayo busca determinar los mejores valores para el gradiente de velocidad y el tiempo de retención en los floculadores, en función de las dosis de coagulantes.

f)

Parámetros de sedimentación: se pretende determinar la tasa de diseño y la eficiencia remocional de un sedimentador convencional o de uno laminar de placas planas u otros sistemas en condiciones ideales.

g)

Parámetros de filtración directa: la prueba permite obtener la dosis de coagulante y el pH óptimo para efectuar filtración directa.

Los ensayos en plantas piloto deben usarse para simular los procesos de una manera más cercana a la realidad. Debe utilizarse agua de la fuente de abastecimiento seleccionada como flujo continuo de entrada a la planta piloto. La planta piloto puede estar constituida de un floculador con o sin sedimentador y un filtro, y tener un grado de sistematización o no, en función de las necesidades y la importancia de la planta que se quiere diseñar. Las pruebas en plantas piloto se utilizarán para los siguientes propósitos: -

Probar la practicidad de un proceso teórico; Comparar la efectividad de procesos alternativos; Identificar la causa de efectos indeseables; Establecer criterios y parámetros de diseño; Estimar costos de operación; Descubrir problemas de tratamiento no aparentes; Investigar modificaciones al tratamiento; Establecer la confianza de los métodos propuestos.

Las principales aplicaciones de las plantas pilotos son: la simulación de procesos de mezcla y sedimentación, filtración y particularmente filtración directa, estudios de corrosión, tratamiento de lodos, reactores de carbón activado granular, torres de aeración y contactores de ozono. Para plantas potabilizadoras de capacidad mayor a 1000 l/s que incluyan procesos no convencionales es obligatorio realizar estudios en planta piloto, complementada con pruebas de jarras; adicionalmente, la EMAAP-Q podrá solicitar la realización de ensayos en plantas

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 6: SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

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pilotos, en plantas de menor caudal, en los casos que estime conveniente.

6.2

ASPECTOS GENERALES DE LOS PROYECTOS DE SISTEMAS DE POTABILIZACIÓN

6.2.1 Procedimientos generales de los proyectos de potabilización La ejecución de un proyecto de sistemas de potabilización debe cumplir con todas las etapas y requerimientos para cada una de sus etapas de ejecución, de acuerdo a lo estipulado en el Título 1: “Procedimientos Generales”, de estas Normas. 6.2.2 Procedimientos particulares previos El diseño de toda planta de tratamiento comprenderá la ejecución de las siguientes fases: - Fase 1: Caracterización del agua cruda y definición del grado de tratamiento requerido. - Fase 2: Estudios de conceptualización y análisis de alternativas para los procesos que involucra el grado de tratamiento requerido. - Fase 3: Diseños definitivos y documentación del proyecto. 6.2.2.1 Fase 1: Caracterización del Agua cruda La caracterización del agua cruda, los requisitos de calidad que debe cumplir y la definición del tipo de tratamiento requerido para su potabilización, se presentan en el numeral 6.1.1 “Calidad del agua cruda y grado de tratamiento requerido” de este Título. 6.2.2.2 Fase 2: Estudios de conceptualización Los estudios de prefactibilidad se deben concentrar en realizar los análisis detallados de calidad del agua cruda para definir su idoneidad para ser considerada como fuente de agua para consumo humano. Los estudios de factibilidad tienen como objetivo principal definir las alternativas de procesos de acuerdo a los estudios de tratabilidad y desarrollar conceptualmente su dimensionamiento y su costo para encontrar el esquema óptimo; en detalle se deben cubrir las siguientes actividades: 1. Preselección de procesos unitarios requeridos y estudios de tratabilidad. 2. Selección de los criterios y parámetros para el dimensionamiento. 3. Planteamiento de alternativas analizando diferentes opciones de procesos y configuración de unidades componentes de la planta. 4. Elaboración de planos de las unidades del sistema a nivel de prediseño.

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5. Presupuesto estimativo por etapas y componentes, costos ambientales, de inversión, de operación y de mantenimiento. 6. Selección del tipo de tratamiento de acuerdo a los estudios realizados. 7. Análisis de alternativas técnicas, dentro del tratamiento seleccionado, con los correspondientes estudios de costos, eficiencia, simplicidad, etc. Los principales criterios y parámetros ha tener en cuenta para el dimensionamiento son: •

Período de diseño y etapas de implementación

El período de diseño será de 30 años, y considerará que la vida útil de los equipos es usualmente de 10 a 20 años; mientras que las estructuras pueden durar entre 40 y 50 años. Las etapas de construcción se establecerán mediante un análisis económico siguiendo la metodología del costo mínimo descrita en el numeral 1.6 “Evaluación Socioeconómica” del Título 1 de estas Normas. Para incrementar la flexibilidad operativa de la planta y en consideración de aspectos económicos, se procurará diseñar la planta dividida en módulos, particularmente para plantas de tamaño mediano (100 – 1.000 l/s) y grande (mayor de 1.000 l/s). •

Definición del caudal de diseño

Deben satisfacerse los requerimientos mínimos de agua para la población, considerando la metodología para el cálculo de la demanda de agua para el período de diseño de la planta establecido en el numeral 2.3 “Proyección de la Demanda de Agua”, del Título 2 de esta Norma. El caudal de diseño de la planta de tratamiento debe ser el caudal máximo diario del período de diseño y el sistema de distribución de agua potable debe contar con almacenamiento para cubrir las variaciones horarias de la demanda. Adicionalmente, para efectos operativos la planta debe contar con un volumen de almacenamiento, el cual debe establecerse según lo estipulado en el numeral 2.6 “Caudales de diseño por componentes” del Título 2 de esta Norma. En casos excepcionales, la EMAAP-Q aceptará, previa justificación, el diseño de sistemas de potabilización que distribuyan el agua potable directamente a la red de distribución sin contar con volúmenes de almacenamientos de compensación de la demanda, en cuyo caso el caudal de diseño de la planta debe ser el caudal máximo horario del año horizonte de diseño. El diseño se realizará normalmente para 24 horas diarias de funcionamiento de la planta. Cuando sea necesario o conveniente considerar otros períodos de funcionamiento diario, el diseñador los justificará. •

Ubicación de la planta

Los aspectos que deben considerarse en la ubicación de la planta de tratamiento son los siguientes:

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a)

Debe disponer de fácil acceso motorizado en cualquier época del año.

b)

En el caso de estar cerca de un río debe estar sobre el nivel de crecientes máximas, en un trecho recto del río o en la parte convexa de un trecho curvo.

c)

Preferiblemente se debe disponer de un terreno con pendiente adecuada para permitir que los procesos de tratamiento se desarrollen a gravedad.

d)

Tener área suficiente para la implantación de la planta de tratamiento y estructuras complementarias, y preferiblemente para permitir ampliaciones futuras.

e)

Debe contar con abastecimiento de energía, facilidades para evacuación de aguas de proceso y lodos.

f)

Debe mostrar características de estabilidad geotécnica y facilidades constructivas.

g)

Disponibilidad de la tierra (facilidad de compra y costo).

•

Diseño hidráulico del sistema

Debe adecuarse la hidráulica general del sistema, respecto a la pérdida de carga necesaria para un funcionamiento correcto de cada uno de los elementos del sistema. Deben considerarse la topografía del sitio, las pérdidas de carga producidas por los filtros y las conexiones entre unidades, entre otros aspectos. Hidráulicamente la planta debe estar en capacidad de transportar el caudal de diseño a través de todas sus unidades. •

Criterios para la selección de alternativas

Para la selección de la alternativa óptima, deben considerarse los factores técnicos, económicos, financieros, institucionales y ambientales. Además, deben evaluarse los siguientes criterios: -

Nivel tecnológico apropiado: Debe ser el más conveniente de acuerdo con las características de la comunidad y su nivel de desarrollo (aplicable a las parroquias); además, debe tenerse en cuenta que sea de simple construcción, fácil manejo y bajo costo de operación.

-

Simplicidad del sistema y costos de operación y mantenimiento: La alternativa seleccionada debe ofrecer soluciones óptimas que reduzcan el uso de energía eléctrica, combustible, mecanismos complejos o sofisticados, tecnología importada, periodos cortos de construcción con el fin de buscar un tratamiento que ofrezca la mayor eficiencia con los menores costos de construcción, operación y mantenimiento.

•

Planos a nivel de prediseño

Los prediseños presentarán la implantación de todas las obras en el terreno, incluyendo además de las unidades de proceso, los edificios para almacenamiento y dosificación de productos químicos, laboratorios, talleres de mantenimiento, áreas administrativas y de vivienda para el operador o jefe de planta, la estructura vial y de estacionamiento requerido, y detalles paisajísticos.

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Se efectuarán diseños preliminares arquitectónicos, estructurales y electro-mecánicos. Los dos primeros presentarán la forma, tamaño y localización de las estructuras, así como alternativas de materiales a ser utilizados; los terceros destacarán las decisiones respecto al tipo y tamaño de los equipos a ser utilizados. 6.2.2.3 Fase 3: Diseños definitivos Además de tener en cuenta todos los aspectos sobre el alcance de los diseños y su forma de presentación requeridos en los numerales 1.2 “Definición de las Etapas que debe tener un Proyecto y Alcance de cada una de ellas” y 1.3 “Presentación de los Proyectos” del Título 1 de esta Norma; se deben tener en cuenta los siguientes aspectos particulares de los sistemas de potabilización: Se llevará a nivel de diseño definitivo únicamente la alternativa que haya merecido la primera prioridad de acuerdo al estudio preparado por el diseñador y aprobado por la EMAAP-Q. Cuando se hayan preparado diseños preliminares avanzados, estos servirán de base para el diseño final; en caso contrario, será necesario reunir al inicio de esta fase toda la información detallada para los estudios de conceptualización y proceder con los diseños definitivos a partir de ese punto. Los diseños definitivos comprenden actividades interdisciplinarias, entre las cuales deben considerarse, de acuerdo con el tamaño de la planta y los requerimientos definidos por la EMAAP-Q, las siguientes: -

6.3

Diseños hidráulico-sanitarios; Diseños arquitectónicos y paisajísticos; Diseños estructurales; Diseños eléctricos; Diseños mecánicos; Diseños de instrumentación y control; Diseños de implantación y obras civiles; Diseño de un plan de manejo del impacto ambiental; Diseño de medidas de seguridad; Diseño de un sistema de información operacional.

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE CADA PROCESO DE TRATAMIENTO

6.3.1 Reserva de agua cruda El diseñador analizará la conveniencia de incorporar una reserva de agua cruda antes de la planta de tratamiento, que cubra eventos de emergencia y mantenimiento en la conducción. Deberá contar con un by-pass para la eventualidad de caída de cenizas por fenómenos volcánicos. El volumen de este reservorio debe ser tal que permita suplir de agua cruda a la planta por un lapso de al menos 4 horas en el caso de cierre temporal de la conducción. En el caso de que se incorpore una reserva de agua cruda, el diseñador analizará la conveniencia de dimensionar la conducción con el caudal medio diario.

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6.3.2 Coagulación – Mezcla Rápida El diseño de la mezcla rápida ya sea hidráulica o mecánica, debe garantizar la dispersión rápida y homogénea de los coagulantes, auxiliares de coagulación y alcalinizantes, los cuales deben ser aplicados de acuerdo con las dosis mínimas óptimas determinadas por el Ensayo de Jarras. 6.3.3 Floculación Convencional Las unidades de mezcla rápida y floculación deben ubicarse lo más cerca posible. En caso de que esto no sea factible, el flujo del agua a través del canal o ducto de transporte entre las dos unidades no debe tener una velocidad menor a 1 m/s. Los tiempos de detención y gradientes de velocidad para el diseño de los floculadores hidráulicos o mecánicos, deben obtenerse a partir de las pruebas de tratabilidad. 6.3.4 Sedimentación Para plantas de tamaño pequeño (caudal menor de 100 l/s), el proceso de sedimentación debe tener como mínimo dos unidades. Para plantas de tamaño mediano (100-1.000 l/s) y tamaño grande (mayores de 1.000 l/s) debe tener como mínimo tres unidades. Para todos los tamaños de plantas, deben realizarse estudios de tratabilidad en el laboratorio y/o planta piloto para determinar los procesos necesarios y sus parámetros de diseño. El diseñador dimensionará las unidades de sedimentación de acuerdo a las metodologías más aceptadas para cada tipo de sedimentador. Como referencia tendrá en cuenta los criterios de la Tabla 6.1.

Tabla 6.1 Criterios para dimensionamiento de sedimentadores

De flujo horizontal De flujo ascendente

15 - 30

Tiempo de detención Horas 2-4

20 - 30, máx 60

2-4

4-5

De alta tasa

120 - 185 placa angosta 200 - 300 placa profunda Concentración de sólidos 10 a 20 % vol

0,16 - 0,25

4 - 5,5

1 - 1,5

Altura del manto 1 – 3m

Tipo de sedimentador

Con manto de lodos

Carga Superficial m3/m2-día

Altura Nivel de Agua m. 4-5

Dimensiones Ancho: Largo 1:4 a 1:8 Diámetro < 40m Espacio entre placas 0,05 m Altura tanque 4 - 7m

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

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6.3.5 Filtración Rápida Para todos los tamaños de plantas, deben realizarse estudios de tratabilidad en el laboratorio y/o planta piloto para determinar los parámetros de diseño: tasa de filtración, tipo de lecho, tamaño efectivo y coeficiente de uniformidad, material de soporte del lecho, determinación de carrera de filtración, tipo de fondo y sistema de lavado. Los materiales a usarse en la conformación del lecho son la arena y la antracita, los cuales deben ser diseñados en cuanto a sus características granulométricas. El manto de soporte deberá ser de grava con la granulometría adecuada. Cuando el lavado de los filtros se hace con fuente externa o tanque de lavado, el número mínimo de unidades deben ser tres; y para lavado mutuo el número mínimo de unidades debe ser cuatro. En plantas pequeñas se permite el retrolavado únicamente con agua, mientras que en las plantas medianas y grandes se lo realizará en forma combinada (aire y agua). El lavado de los filtros será realizado con agua potable. 6.3.6 Filtración Lenta Puede utilizarse como tratamiento único de la calidad del agua cruda cuando ésta mantiene una turbiedad no mayor a 15 UNT, bajo color (menor a 20 UPC) y un NMP/100 ml de coliformes fecales por debajo de 500. Debe operarse con bajas tasas y la unidad debe lavarse por raspado manual o mecánico de las capas superficiales del medio filtrante. El medio filtrante debe estar compuesto por un material granular, inerte, durable y limpio. Normalmente se usa arena exenta de arcilla y preferiblemente libre de materia orgánica. No debe contener más de 2% de carbonato de calcio y magnesio, para evitar que en aguas con un alto contenido de dióxido de carbono (CO2) éste quede atrapado y se produzca cavitación en el medio filtrante. El tamaño efectivo recomendado para la arena es del orden de 0,35 mm a 0,55 mm, con un coeficiente de uniformidad entre 1,5 y 3. El espesor del lecho filtrante en arena debe estar entre 0,8 m y 1,0 m. En la práctica es muy importante asegurar la limpieza del material, antes de ser colocado. El número mínimo de unidades de filtración lenta que debe tener la planta es dos. La tasa de filtración de la unidad debe estar entre 2,4 m³ / (m²-día) a 7,2 m³ / (m²-día). 6.3.7 Desinfección Es obligatorio para todos los sistemas de potabilización, independiente de la calidad del agua cruda, desinfectar el agua sin importar el tipo de tratamiento previo que se haya realizado para su potabilización. Entre los procesos de desinfección que pueden realizarse esta la cloración, la ozonización y la desinfección con dióxido de cloro. Para la desinfección por cloración, deben proporcionar el tiempo de contacto necesario que garantice la desinfección del agua. La determinación de la dosis de desinfectante con la cual debe operar la planta de tratamiento y el dimensionamiento de los distintos componentes de la misma debe hacerse

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por el método concentración-tiempo. Este método parte del principio de que la concentración “C” de desinfectante aplicado (cloro libre) multiplicada por el tiempo de detención “t” desde que se aplica dicha dosis hasta que se consume el agua, es igual a una constante “K”, o sea que: C.t = K Los valores de esa constante K están dados en las tablas 6.2, 6.3 y 6.4, anexas, los cuales varían con el pH y la temperatura del agua, según sea la eficiencia del tratamiento que se le de a éste en los procesos previos a la desinfección (sedimentación y filtración) en los que se remueve un cierto porcentaje de organismos patógenos, que en algunos casos puede llegar hasta el 99%. Sin embargo, entre más organismos patógenos pasen en los procesos previos, en especial cuando son virus y protozoarios (Amebas, Giardias, Cristosporidium) más alta debe ser la dosis empleada, dado que estos son muy resistentes a los desinfectantes usuales, sobre todo cuando están en presencia de concentraciones relativamente altas de partículas (turbiedad mayor de 1,0 UNT) que los encapsulan y protegen de la acción germicida de los mismos. En consecuencia, antes de fijar la dosis de desinfectante, debe estimarse la eficiencia de los procesos de sedimentación y filtración previos para establecer el grado de remoción de coliformes totales y de turbiedad. Si la operación de la planta permite durante el 90% de su operación, la remoción del 95 al 99% de coliformes totales en los procesos previos de sedimentación y filtración y la turbiedad del agua filtrada se mantiene durante el 95% del tiempo menor a 1,0 UNT, debe usarse la Tabla 6.2 para determinar K en función de la temperatura del agua y su pH. Tabla 6.2 Valores de K en mg.mín/l para plantas con remoción del 95 al 99% de Coli Total C Dosis 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C de Cloro pH pH pH pH Aplicada 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 mg/l 24 29 35 42 16 20 23 28 12 15 17 21 8 10 12 14 ⇐ 0.4 25 30 36 43 17 20 24 29 13 15 18 21 8 10 12 14 0,6 26 31 37 44 17 20 24 29 13 15 18 22 9 10 12 15 0,8 26 31 37 45 18 21 25 30 13 16 19 22 9 10 12 15 1 27 32 38 46 18 21 25 31 13 16 19 23 9 11 13 15 1,2 27 33 39 47 18 22 26 31 14 16 19 23 9 11 13 16 1,4 28 33 40 48 19 22 26 32 14 17 20 24 9 11 13 16 1,6 29 34 41 49 19 23 27 33 14 17 20 25 10 11 14 16 1,8 29 35 41 50 19 23 28 33 15 17 21 25 10 12 14 17 2 30 35 42 51 20 23 28 34 15 18 21 26 10 12 14 17 2,2 30 36 43 2 20 24 29 35 15 18 22 26 10 12 14 17 2,4 31 37 44 53 20 24 29 36 15 18 22 27 10 12 15 18 2,6 31 37 45 54 21 25 30 36 16 19 22 27 10 12 15 18 2,8 32 38 46 55 21 25 30 37 16 19 23 28 11 13 15 18 3 Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

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Si la operación de la planta permite el 90 al 95% de la remoción de coliformes totales en los procesos previos de sedimentación y filtración y la turbiedad del agua filtrada está entre 1,0 y 2,0 UNT, debe usarse la tabla 6.3 para determinar el valor de K en función de la temperatura del agua y su pH.

Tabla 6.3 Valores de K en mg.mín/l para plantas con remoción del 90 al 95% de Coli Total C Dosis 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C de Cloro pH pH pH pH Aplicada 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 mg/l 37 44 52 63 25 30 35 42 18 22 26 31 12 15 18 21 ⇐ 0.4 38 45 54 64 25 30 36 43 19 23 27 32 13 15 18 22 0,6 39 46 55 66 26 31 37 44 20 23 28 33 13 16 19 22 0,8 40 47 56 67 27 32 38 45 20 24 28 34 13 16 19 23 1 40 48 57 69 27 32 38 46 20 24 29 35 14 16 19 23 1,2 41 49 58 70 28 33 39 47 21 25 29 35 14 17 20 24 1,4 42 50 60 72 28 33 40 48 21 25 30 36 14 17 20 24 1,6 43 51 61 74 39 34 41 49 22 26 31 37 15 17 21 25 1,8 44 52 62 75 29 35 42 50 22 26 31 38 15 18 21 25 2 45 53 64 77 30 35 43 51 22 27 32 39 15 18 21 26 2,2 45 54 65 79 30 36 43 53 23 27 33 39 15 18 22 26 2,4 46 55 66 80 31 37 44 54 23 28 33 40 16 19 22 27 2,6 47 56 67 82 31 37 45 55 24 28 34 41 16 19 23 27 2,8 48 57 69 83 32 38 46 56 24 29 34 42 16 19 23 28 3 Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

Para el caso de plantas que usen una fuente altamente contaminada o que en la operación de los procesos previos de sedimentación y filtración se remueva menos del 90% de los coliformes totales y la turbiedad del agua filtrada esté entre 2,0 y 5,0 UNT, se debe utilizar la tabla 6.4 para determinar el valor de K en función de la temperatura del agua y su pH.

Tabla 6.4 Valores de K en mg.mín/l para plantas con remoción menor del 90% de Coli Total C Dosis 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C de Cloro pH pH pH pH Aplicada 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 mg/l 49 59 69 83 33 39 47 55 24 29 35 41 16 19 23 28 ⇐ 0.4 50 60 71 85 33 40 48 57 25 30 36 43 17 20 24 29 0,6 52 61 73 87 35 41 49 59 26 31 37 44 17 21 25 29 0,8 53 63 75 89 35 42 50 60 26 31 37 45 17 21 25 30 1 53 63 76 91 36 43 51 61 27 32 38 46 18 21 25 31 1,2 55 65 77 93 37 43 52 63 27 33 39 47 18 22 26 31 1,4 55 66 79 96 37 44 53 64 28 33 39 48 19 22 27 32 1,6

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C Dosis 10 °C de Cloro pH Aplicada 6,0 6,5 7,0 7,5 mg/l 57 67 81 98 1,8 58 69 83 100 2 59 70 85 102 2,2 60 71 86 105 2,4 61 73 87 107 2,6 62 74 89 109 2,8 63 75 91 111 3

25 °C pH

15 °C pH

20 °C pH

6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 6,0 6,5 7,0 7,5 38 39 39 40 41 41 42

45 46 47 48 49 49 51

54 55 57 57 59 59 61

65 67 68 70 71 73 74

29 29 29 30 31 31 31

34 35 35 36 37 37 38

41 41 42 43 44 45 45

49 50 51 52 53 54 55

19 19 20 20 21 21 21

23 23 23 24 25 25 25

27 27 28 29 29 30 31

33 33 34 35 35 36 37

Referencia: Norma RAS-2000, Titulo B. República de Colombia.

Las tablas anteriores están elaboradas para desinfección con cloro libre, entendiéndose por tal el que queda después de satisfecha la demanda. La EMAAP-Q, podrá exigir una remoción mayor para aguas con alta contaminación. 6.3.8 Pretratamiento para control de sabor y olor Los requisitos mínimos de diseño para llevar a cabo el proceso de control de las características organolépticas como sabor y olor son aplicables a todos los tamaños de plantas de potabilización. Los procesos que deben analizarse para el control organoléptico son la aeración, adsorción sobre carbón activado granular, adsorción sobre carbón activado pulverizado y oxidación química. Los oxidantes que pueden utilizarse como medida de tratamiento del sabor y el olor pueden ser el cloro, el ozono, el permanganato de potasio, el dióxido de cloro, el peróxido de hidrógeno, el sulfato de cobre y el carbón activado extruído. En caso de emplear algún proceso para el control organoléptico y estético distinto a los mencionados en este numeral, el diseñador debe pedir la autorización de la EMAAP-Q. 6.3.9 Pretratamiento para desferrización y desmanganetización En este numeral se establecen los requisitos mínimos de diseño para llevar a cabo el proceso de desferrización y desmanganetización. El valor admisible de hierro total presente en el agua es 0,3 mg/l y para el manganeso es 0,1 mg/l. Los procesos de pretratamiento que deben analizarse para la remoción del hierro y manganeso presentes en el agua son los siguientes: Oxidación química; Aeración en torres de múltiples bandejas con tanque de contacto y filtración; y Aeración, sedimentación y filtración. En caso de emplear algún proceso para la desferrización y desmanganetización distinto a los mencionados en este numeral, el diseñador debe pedir la autorización de la EMAAP-Q 6.3.10 Estabilización del agua El propósito de la estabilización del agua es controlar sus tendencias corrosivas o incrustantes, antes de que entre al sistema de distribución, para evitar problemas relacionados con salud pública, estética y aspectos económicos. En general, un agua tiene tendencias corrosivas cuando es deficiente en carbonato de calcio, aunque en realidad la agresividad del agua es una relación compleja entre numerosos agentes inhibidores y aceleradores de la corrosión, y agentes mecánicos tales como la velocidad y el diámetro de las tuberías. El exceso de carbonato de calcio, en cambio, confiere al agua tendencias incrustantes. Un agua se considera estable cuando no tiene ni exceso ni defecto de carbonato de calcio, lo cual puede conseguirse mediante el ajuste del pH y la alcalinidad. Se puede reducir el pH y la alcalinidad

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mediante la adición al agua de bióxido de carbono o ácido sulfúrico. El pH y la alcalinidad se pueden aumentar mediante la adición de cal viva o apagada al agua, así como de bicarbonato de sodio, carbonato de sodio o hidróxido de sodio. 6.3.11 Filtración directa Esta alternativa de tratamiento está constituida por dos procesos: mezcla rápida con gradientes mayores a 1.000 s-1 y tiempos de retención mayores a 5 s, y filtración. Cuando el agua presenta variaciones de calidad, se vuelve necesaria una floculación corta de 8 min. a 12 min., con dosis de coagulantes menores a 10 mg/l, gradientes de velocidad superiores a 50 s-1, cercanas a 100 s-1, para mejorar la remoción de turbiedad y color y reducir el período de duración del traspase inicial del filtro. Como medios filtrantes se pueden usar: arena sola, antracita sola y una capa de arena sobre una capa de antracita. Como coagulante se puede usar sulfato de aluminio y el cloruro férrico; también, se pueden utilizar polielectrólitos catiónicos para alargar las carreras de los filtros. El diseñador debe considerar que la economía es la principal ventaja de la filtración directa, así como la reducción en la cantidad y la mejor calidad del lodo producido, comparativamente con un filtro convencional. La principal desventaja es la reducción en las carreras de filtración y en los tiempos de residencia, lo cual exige un monitoreo constante de la calidad del agua filtrada y un nivel alto de preparación del operador, especialmente para manejar cambios bruscos en la calidad del agua cruda. 6.3.12 Filtros a presión Las unidades de filtración a presión sólo difieren de las unidades abiertas convencionales, en el modo de generar la carga hidráulica de filtración. El resto, es decir medio filtrante, grava, sistema de drenaje, etc., requiere de los mismos criterios de diseño que los filtros a gravedad. Los filtros a presión son más compactos y de costo inicial reducido. Adicionalmente, con un solo bombeo se puede llegar directamente desde los sedimentadores a través del filtro, hasta el tanque de distribución. Estas unidades no permiten la posibilidad de presiones negativas y facilitan la utilización efectiva de la capa de medio filtrante, pues la penetración del flóculo es más profunda. Requieren, por este motivo, de un riguroso control de la calidad del efluente. Puesto que el operador no puede ver el medio filtrante, y por lo tanto no puede juzgar si se ha iniciado o no la formación de bolas de barro, se requiere de un adecuado mantenimiento. 6.3.13 Tratamiento y manejo de lodos Los requisitos mínimos para el tratamiento y manejo de los lodos producidos en los procesos de sedimentación, y filtración producto de la operación de las plantas de tratamiento, son aplicables a cualquier tamaño y tipo de planta potabilizadora. La descarga de los lodos debe sujetarse a las siguientes especificaciones: -

Para devolverlos directamente a la corriente de agua o descargarlos en alcantarillados, previo tratamiento, debe adquirirse un permiso de las autoridades competentes y deben realizarse estudios de impacto ambiental en el que se demuestre que no contravienen las normas y recomendaciones sobre vertimiento a cuerpos de agua o alcantarillados públicos.

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Si no es posible lo anterior, se deben usar alguno de los siguientes métodos:

6.4

-

Llevar a lagunas de almacenamiento en donde se decanten y por extrafiltración y evaporación se elimine el agua de arrastre hasta dejar el lodo semisolidificado. De allí debe extraerse por sistema mecánico y transportarlo al punto definido de disposición final.

-

Concentrar el lodo en concentradores, extraer dicho lodo y llevarlo a lagunas de secado en donde debe ser solidificado para luego transportarlo y depositarlo en el sitio que se acuerde.

-

Secar el lodo por sistemas mecánicos: filtros prensa, centrifugado, filtros al vacío, o camas de secado, extraer la pasta desecada que se produce en ellos y transportarla hasta el lugar de almacenamiento.

-

La descarga final del agua lixiviada, si se hace a un cuerpo de agua; también debe cumplir con las normas de vertimiento estipuladas por la autoridad competente

PARÁMETROS Y CRITERIOS A SER OBSERVADOS EN EL DISEÑO DE OBRAS ANEXAS Y COMPLEMENTARIAS A LAS PROCESOS

6.4.1 Edificio de Operación (Casa de Químicos) En este literal se establecen las condiciones generales con las que se debe diseñar cada uno de los diferentes ambientes que conforman el edificio de operaciones, estructura que concentra las siguientes dependencias principales: bodegas de productos químicos, salas de dosificación, laboratorios y oficinas, y otras facilidades administrativas. 6.4.1.1 Elementos o ambientes que deben ser considerados Según el tamaño de la planta potabilizadora se deben contemplar los siguientes ambientes: •

Plantas pequeñas (caudal menor de 100 l/s)

Dentro del diseño del edificio de operación deben contemplarse los siguientes ambientes: · · · · · •

Sala de dosificación y almacenamiento de productos químicos. Sala de cloración y de cilindros de cloro. Oficina del administrador. Laboratorio de análisis básicos. Baño.

Plantas medianas (caudal entre 100-1.000 l/s)

Dentro del diseño del edificio de operación deben contemplarse los siguientes ambientes:

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· · · · · · · · · · · · · · · •

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Sala de dosificación. Bodega de almacenamiento. Sala de cloración. Bodega de almacenamiento de cilindros de cloro. Laboratorio de análisis básicos. Sala de operadores. Oficina del laboratorista y depósitos de reactivos. Laboratorio fisicoquímico y microbiológico. Oficina del administrador de la planta con su baño. Oficina del jefe de mantenimiento y auxiliares. Batería de baños. Cocineta. Cuarto de aseo. Zonas de esparcimiento. Parqueaderos.

Plantas de gran tamaño (caudal mayor a 1.000 l/s)

Dentro del diseño del edificio de operación deben contemplarse los siguientes ambientes: · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

Sala de dosificación. Bodega de almacenamiento junto con su baño. Sala de cloración. Cuarto de depósito para la cloración (incluye equipos de seguridad). Bodega de almacenamiento de cilindros de cloro. Sala de control. Sala de operadores con laboratorio de servicios. Depósito de reactivos y material de laboratorio. Oficina del laboratorista con su baño. Laboratorio fisicoquímico y microbiológico. Oficina del administrador de la planta con su baño. Sala de planoteca y reuniones. Oficina del jefe de mantenimiento. Oficina del ingeniero electrónico o similar. Batería de baños. Facilidades de cocina y cafetería según las necesidades. Cuarto de aseo. Zonas de esparcimiento. Parqueaderos.

Todas estas dependencias deben reunir condiciones sanitarias, hidráulicas, de seguridad, de facilidad de operación y arquitectónicas. La disposición y tamaño de cada uno de los ambientes debe estar acorde con los requerimientos técnicos del proceso de tratamiento y con la capacidad de la planta de tratamiento. Las partes constituyentes del edificio de operación pueden estar agrupadas o no en la misma edificación y deben tener acceso restringido para personas ajenas a cada sección de trabajo. La dosificación de los productos químicos puede ser de dos tipos de acuerdo con las características del material a dosificar, si el material está en polvo deben emplearse dosificadores en seco, los cuales pueden ser volumétricos o gravimétricos. Si la sustancia

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está en solución deben emplearse los dosificadores en solución, los cuales pueden ser rotatorios, por bombeo o por gravedad u otro de tecnología conocida y aceptación extendida. 6.4.1.2 Condiciones de Seguridad Dentro de los diseños de los ambientes se deben tener en cuenta las condiciones de seguridad operativa de las siguientes áreas: -

Salas de dosificación, cloración y bodegas de almacenamiento: en atención a los químicos que deben manipularse deben preverse dispositivos de alarmas para detectar escapes de productos y una adecuada ventilación.

-

Zonas de laboratorios y depósito de reactivos: por la naturaleza de los químicos que deben manejarse se tendrán buenas condiciones de ventilación y la seguridad por los valiosos equipos.

-

Sala de control: por la seguridad y privacidad que allí se debe mantener, el acceso debe ser controlado; por las características de los equipos electrónicos se deben mantener ambientes frescos, ventilados y dotados de muy buenas instalaciones eléctricas y de comunicación.

-

Oficinas de administración y servicios auxiliares: se deben tener ambientes amplios, luminosos y que cumplan con normas de seguridad industrial y salud ocupacional.

6.4.1.3 Equipo mínimo de laboratorio de análisis de calidad del agua El control de la calidad del agua producida en la planta potabilizadora debe ser efectuado por el laboratorio, en donde deben realizarse análisis fisicoquímicos y microbiológicos detallados y completos. Todas las plantas potabilizadoras deben contar con el siguiente equipo mínimo de laboratorio: -

Balanza analítica Bomba de vacío Agitadores Nevera Analizador y registrador de cloro residual Ducha de seguridad Lavamanos Gabinetes Termómetros Reactivos químicos Mesón de trabajo Mecheros Garrafas de 1 Galón Envases para muestreo Materiales de vidrio (sistema de titulación) Equipo de prueba de jarras Medidor de pH - Conductividad Turbidímetro

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-

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Espectro colorímetro Biblioteca

Adicionalmente las plantas de tamaño mediano y grande deben contar con los siguientes equipos: -

Incubador microbiológico Microscopio Esterilizador o Autoclave Medidor de oxígeno disuelto Extractor de vapores Destilador Espectrofotómetro

6.4.2 Sistemas de instrumentación y control •

Características generales y objetivos

Las plantas de tratamiento deben tener un sistema de instrumentación y control, que permitan una adecuada y permanente información de la calidad del agua tratada y de la operación de la planta. La planta de tratamiento debe ser analizada como un proceso total para el diseño del Sistema de Instrumentación y Control, el cual debe aplicar instrumentos para visualización, registro y control, que deben permitir lograr los siguientes objetivos: 1. Operación segura de la planta: - Mantener las variables de proceso dentro de los límites seguros de operación. - Detección de situaciones peligrosas. -

Prevención de procedimientos peligrosos de operación.

- Anticiparse a condiciones particulares de operación por medio del conocimiento oportuno de parámetros que incidirán en la operación de la planta. - Producción de archivos históricos de datos de operación de la planta que permitan análisis o estudios posteriores tendientes a optimizar el proceso. 2. Tasa de producción: Mantener la disponibilidad y confiabilidad del servicio. 3. Calidad del producto: Mantener la composición del efluente de la planta dentro de los estándares de calidad especificados. 4. Costos: Operación de la planta al menor costo posible, respetando las normas de calidad. •

Características generales

El sistema de supervisión y control típico de una variable debe estar compuesto de un

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sensor o transductor (elemento primario), un transmisor de señal, un controlador, un sistema de visualización y/o registro y un actuador. Las plantas de tamaño pequeño deben tener mínimo un grado de instrumentación manual suficientemente adecuado para controlar los procesos. En caso de que la EMAAP-Q así lo requiera pueden implementar sistemas automáticos de instrumentación y control. Las plantas de mediano y gran tamaño deben tener un nivel de automatización tal que ofrezcan soluciones rápidas a problemas y permita los ajustes requeridos a variables del proceso que se necesiten modificar. Deben desarrollarse estrategias de control preparadas especialmente para controlar varias fases del proceso de la planta, tal como mantener flujos y niveles, operación de filtración y retrolavado, dosificación química, floculación, y disposición de lodos. El sistema de automatización debe controlar acciones o eventos como arranque, parada, ajustes rápidos y secuenciales de bombas, sistemas transportadores y mezcladores y demás equipos determinantes en el funcionamiento del sistema, además de la operación de procesos continuos, tales como dosificación de sustancias químicas, filtración, sedimentación, desinfección y otros que existan en la planta de tratamiento. En plantas de tamaño mediano y grande debe hacerse uso de Sistemas de Control Supervisorio y Adquisición de Datos (SCADA) combinados con un sistema de control distribuido para monitorear y controlar los procesos. •

Estudios previos

Deben realizarse estudios de factibilidad para justificar la implantación de los sistemas de instrumentación y control. Estos estudios deben basarse en los siguientes criterios: -

Tipos de procesos implementados. La calidad del agua. Los caudales a tratar. La disponibilidad económica de la Empresa para ese proyecto especifico La capacidad operacional (personal disponible).

Debe tenerse en cuenta la disponibilidad de energía eléctrica, las facilidades de operación y mantenimiento y todos los demás factores que puedan influir directa o indirectamente en el diseño, construcción y operación de la planta. La finalidad del sistema de instrumentación y control debe ser el de optimizar la operación de la planta. •

Descripción de los sistemas y equipos

La instrumentación mínima requerida es la siguiente: -

Instrumentación primaria

Analizadores en continuo: Para medición de cloro residual, pH y turbiedad. Medidores de caudal o flujo: En todos los sitios requeridos para el control de cada uno de los procesos de la planta. Medidores de nivel: Deben ubicarse en todos los tanques que se encuentren en la planta

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Medidores de presión: En todos los sitios requeridos para el control de cada uno de los procesos de la planta. -

Transmisores

Estos dispositivos deben captar la variable de proceso a través del elemento primario y transmitirla a distancia a un instrumento receptor, indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. Para plantas de tamaño grande será necesaria la utilización de un PLC. El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor. El sistema de transmisión de señales debe sujetarse a las características propias de la planta, distancias y el tipo de señal a transmitir. -

Controladores

Estos dispositivos deben comparar la variable controlada con el valor deseado y ejercer una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática o electrónica procedente de un transmisor. -

Elementos de control final

Después de los instrumentos de sensibilidad son necesarios los sistemas de control final, los cuales deben permitir manipular y cambiar las condiciones del proceso para mantenerlas dentro del campo de medida deseado, estos elementos reciben la señal del controlador y modifican el caudal del fluido o agente de control. Entre estos tenemos: actuadores eléctricos, actuadores hidráulicos y neumáticos, motores de velocidad variable, válvulas de control, etc. -

Sistemas de registro

La información recogida por los instrumentos debe clasificarse dentro de una de las siguientes categorías: 1. Datos de proceso: Debe mantenerse la operación de la planta dentro de los límites aceptables y alertar al personal de la planta cuando estos parámetros se encuentran fuera de las condiciones límite. 2. Información técnica: Debe utilizarse para proveer mejoras, tratando de optimizar cada sistema de tratamiento para aumentar el nivel de eficiencia y disminuir costos. 3. Datos históricos: Deben determinar tendencias de parámetros a largo plazo con énfasis en la calidad tanto de la planta como del efluente y optimización de la planta, lo cual incide en planeaciones futuras.

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TÍTULO 7: REDES DE DISTRIBUCIÓN

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TÍTULO 7: REDES DE DISTRIBUCIÓN

ÍNDICE Página 7.

REDES DE DISTRIBUCIÓN ..............................................................................140

7.1 ESTUDIOS PREVIOS........................................................................................140 7.1.1 Concepción del proyecto ................................................................................ 140 7.1.2 Aspectos generales de la zona por abastecer................................................ 141 7.1.3 Criterios sobre el trazado de la red de distribución......................................... 142 7.2 CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ...............................................143 7.2.1 Planeamiento de la red de distribución........................................................... 143 7.2.2 Capacidad de la red........................................................................................ 143 7.2.3 Sectorización del servicio ............................................................................... 144 7.2.4 Delimitación de zonas de presión ................................................................... 144 7.2.5 Trazado de la red............................................................................................ 145 7.2.6 Interconexión de la red de distribución ........................................................... 146 7.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ........................................................146 7.3.1 Período de diseño........................................................................................... 146 7.3.2 Caudal de diseño ............................................................................................ 146 7.3.3 Pérdidas de agua en la red de distribución..................................................... 146 7.3.4 Materiales para las tuberías y accesorios de la red de distribución ............... 147 7.3.5 Presiones en la red de distribución................................................................. 147 7.3.6 Dimensionamiento de las Tuberías ................................................................ 148 7.3.6.1 Programas para la realización del diseño .................................................... 148 7.3.6.2 Métodos de cálculo....................................................................................... 148 7.3.6.3 Límites de velocidades ................................................................................. 149 7.3.6.4 Diámetros mínimos de tubería ..................................................................... 149 7.3.6.5 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías.................................................. 149 7.4 OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO ........................................................151 7.4.1 Distancias mínimas a otras redes................................................................... 151 7.4.2 Profundidades de las tuberías ........................................................................ 151 7.4.3 Análisis de interferencias ................................................................................ 152 7.5 VÁLVULAS, ACCESORIOS Y OTROS ...............................................................152 7.5.1 Aspectos generales de las válvulas en redes de distribución......................... 152 7.5.2 Hidrantes ........................................................................................................ 153 7.5.3 Conexiones domiciliarias ................................................................................ 154 7.5.4 Medidores domiciliarios (micromedidores) ..................................................... 157 7.5.5 Macromedidores ............................................................................................. 157 7.6 REFERENCIACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA RED (CATASTRO) ...........157 7.6.1 Convenciones que deben utilizarse ................................................................ 157 7.6.2 Generalidades de referenciación de redes de agua potable .......................... 158 7.6.3 Sistemas de Información Geográfica.............................................................. 160

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ÍNDICE CUADROS

7.1

Coeficiente de Rugosidad de Darcy - Weisbach

7.2

Coeficiente de Fricción de Hazen - Williams

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7.

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REDES DE DISTRIBUCIÓN

En este Título se establecen los criterios básicos y requisitos mínimos que se deben cumplir en la conceptualización y diseño de las redes de distribución de agua. De acuerdo con el diámetro y su función, las redes de distribución se pueden dividir en dos clases: redes matrices ó principales y redes menores ó secundarias. La red matriz ó principal de distribución, es el conjunto de tuberías mayores que son utilizadas para la distribución de agua potable, que conforman las mallas principales de servicio del sistema y que distribuyen el agua procedente de los tanques de reserva hacia las redes menores. Los criterios de diseño de estas redes deben estar enfocados hacia los conceptos de sectorización. En general se deberá evitar realizar conexiones domiciliarias desde las redes matrices. En particular para tuberías con diámetros mayores a (300 mm) 12” no se aceptarán conexiones domiciliarias. Las redes matrices son los elementos resultantes del cálculo hidráulico sobre los cuales se deben garantizar las presiones básicas de servicio para el funcionamiento correcto del sistema de distribución general. Las redes menores ó secundarias son el conjunto de tuberías destinadas al suministro en ruta del agua potable a las viviendas y demás establecimientos municipales, públicos y privados y se alimentan de las redes matrices.

7.1

ESTUDIOS PREVIOS

Además de realizar todos los estudios previos requeridos en el Título 1 de estas Normas, que trata sobre los procedimientos que se deben seguir para la formulación de un proyecto de agua potable, el planeamiento y diseño de redes de distribución deben especialmente seguir los siguientes estudios previos adicionales. 7.1.1 Concepción del proyecto Durante la concepción del proyecto deben definirse criterios técnicos y económicos que permitan comparar todas las alternativas posibles para la red de distribución de los sistemas de agua potable, a partir de los datos de campo, geológicos, urbanísticos, demográficos y de consumo de la población que se va a abastecer. Los sistemas de distribución de agua potable deben cumplir con los siguientes requisitos principales: 1. Suministrar agua potable a todos los usuarios del sistema en la cantidad, calidad y continuidad necesarias y exigidas por estas Normas. 2. Proveer suficiente agua para combatir incendios en cualquier punto del sistema. La concepción y diseño del proyecto de la red de distribución debe incluir, entre otras, las siguientes actividades:

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a) Definición de los caudales para el dimensionamiento de la red de distribución. b) Delimitación del área total de servicio y definición de la sectorización y subsectorización. c) Delimitación clara de las zonas de presión, en función de aquellas ya definidas por la Empresa (franjas de 30 m. en ciudad y de 40 m. en parroquias). d) Determinación de las capacidades de los tanques de almacenamiento y reserva del sistema de distribución. e) Análisis del sistema de distribución existente, con el objetivo de aprovechar eficientemente las tuberías instaladas. f)

Dimensionamiento de cada una de las tuberías de la red. En caso de que se trate de una ampliación debe establecerse claramente cuáles de los tubos existentes deben ser reforzados en su capacidad y reemplazados.

g) Localización y dimensionamiento de los equipos y accesorios destinados al funcionamiento, operación y control del sistema de distribución de agua potable. h) Definición de las etapas de ejecución del sistema de distribución de agua potable. 7.1.2 Aspectos generales de la zona por abastecer Deben conocerse todos los aspectos generales de la zona que va a ser abastecida por la red de distribución. En general, deben conocerse los regímenes de propiedad y los usos generales del suelo en la zona, así como los requerimientos básicos y usos del agua que va a ser suministrada. Con el fin de establecer concretamente los aspectos generales de la zona donde va a localizarse la red de distribución objeto de diseño ó ampliación, debe conocerse el plano topográfico planialtimétrico del Municipio y de sus áreas de expansión, en el que figuren por lo menos: · El perímetro urbano o de servicio. · La distribución espacial de la población. · Las calles aprobadas existentes y las aprobadas por la oficina de planeación municipal. · Plan de expansión vial. · Las áreas de expansión futuras, previstas en el plan de desarrollo del Municipio. · Las áreas cuyo desarrollo futuro es evidente. · La indicación del número de predios en cada manzana del Municipio, en lo posible con el área del predio. · Las áreas en donde el desarrollo urbano se encuentre prohibido. · Los corredores viales existentes y proyectados.

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· Los cauces de agua con sus obras de canalización, tanto las existentes como las proyectadas. · Los puentes, viaductos y otros pasos de cursos de agua. Además, deben conocerse los planos de urbanización y los tipos de pavimento en uso y previstos, así como el levantamiento minucioso de todas las partes del sistema de distribución existente, debidamente localizadas en planos topográficos. También, debe conocerse la localización de otros servicios públicos, tales como alcantarillados, redes de teléfono, poliductos, oleoductos, redes de energía eléctrica y redes de televisión y transmisión de datos, etc. 7.1.3 Criterios sobre el trazado de la red de distribución Para el trazado de la red de distribución deben tenerse en cuenta los siguientes criterios: 1.

Las tuberías de la red matriz deben ubicarse cerca de los grandes consumidores y de las áreas de mayores consumos específicos buscando, además, optimizar las longitudes de las tuberías.

2.

Deben analizarse las redes existentes evaluando sus necesidades de refuerzo. Para la evaluación hidráulica y dimensionamiento se deben ubicar en las redes matrices los nodos de caudal y presión necesarios para todos los usos actuales y futuras interconexiones.

3. Debe evitarse ubicar las tuberías en calles que ya tengan implantadas tuberías de agua potable de diámetros mayores. 4.

Deben utilizarse al máximo las vías y áreas públicas evitando adquisiciones o expropiaciones de terrenos particulares.

5.

Deben evitarse interferencias principalmente con estructuras mayores u otros servicios, y aquellas cuya relocalización sea costosa o presente dificultades técnicas importantes.

6.

Deben evitarse rutas junto a quebradas o cañadas en donde normalmente existe concentración de servicios de aguas lluvias y alcantarillado, así como la ocurrencia de suelos aluviales y nivel freático elevado.

7. Deben minimizarse los desvíos e interrupciones del tráfico durante la ejecución de la obra. 8.

Debe disminuirse la cantidad de roturas y la reconstrucción de pavimentos, seleccionando hasta donde sea posible zonas verdes y sin pavimentar.

9.

En todos los casos la localización de las redes matrices nuevas dependerá esencialmente de las tuberías matrices existentes, tratando de aprovechar al máximo la prolongación de ellas y la integración de las mismas.

10. Las tuberías de la red matriz deben disponerse formando una red enmallada sin puntos aislados teniendo en cuenta la sectorización y subsectorización. 11. Debe hacerse un análisis de los servicios existentes en la zona y una consulta con las

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diferentes entidades públicas, con el fin de localizar los servicios existentes o proyectados, para reducir al mínimo las interferencias durante el período de construcción.

7.2

CONDICIONES GENERALES PARA EL DISEÑO

Para el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de las redes de distribuciones deben identificarse las alternativas de distribución por gravedad, por bombeo y mixtas. Además deben tenerse en cuenta las siguientes condiciones generales: 7.2.1 Planeamiento de la red de distribución Dentro de la ejecución del diseño de un sistema de redes de distribución de agua potable es necesaria una etapa inicial de planeamiento que garantice que el esquema de obras propuesto atienda los requerimientos futuros de la demanda de agua en cuanto a cantidad y oportunidad. En la etapa de planeamiento, se parte de un diagnóstico de la red de distribución existente y se identifican, plantean y analizan diferentes alternativas de optimización y ampliación del sistema de redes de tuberías, con el fin de atender los requerimientos futuros de la demanda, dentro de un determinado período de diseño. Este análisis debe hacerse con un modelo de simulación hidráulica que permita analizar condiciones actuales y futuras. 7.2.2 Capacidad de la red Para el cálculo de la red de distribución deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1.

Las tuberías matrices ó principales se calculan con el caudal acumulado que les corresponda a partir del caudal de diseño, tal como se especifica en el numeral 2.5 “Coeficientes de Variación de la Demanda” del Título 2 de estas Normas.

2.

Para el cálculo de la red matriz de distribución debe considerarse la zona urbana actual, de acuerdo con sus densidades actuales y futuras probables y con los caudales resultantes correspondientes.

3.

Deben considerarse los siguientes tipos de ocupación del suelo en la definición de las áreas específicas por abastecer: · · · · ·

Áreas residenciales Áreas comerciales Áreas industriales Áreas municipales Áreas verdes

4.

Para aquellas áreas cuyo desarrollo futuro no está definido, deben fijarse consumos globales que serán atendidos a partir de derivaciones previstas en el sistema de distribución.

5.

La estimación de los caudales de consumo para las diferentes categorías de usuarios se calculará así:

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a) En zonas con redes existentes y que ya cuentan con el servicio de agua potable, serán los consumos medios históricos, mediante el análisis de los datos de micromedición y facturación. b) En las zonas o parroquias donde se están diseñando las redes y que no tienen datos de consumo, se utilizarán los datos de poblaciones o zonas similares próximas considerando el grado de semejanza de las condiciones socioeconómicas. 6. Los puntos para combatir incendios (hidrantes y bocas de fuego) deben ser definidos mediante la localización en planta de las áreas comerciales, las áreas industriales, los edificios de uso público y de los edificios cuya preservación interese a la comunidad (edificios históricos, edificios de conservación arquitectónica, patrimonios culturales, etc.). 7.2.3 Sectorización del servicio Todas las nuevas redes de distribución de agua potable que se construyan a partir de la vigencia de estas Normas, deben estar diseñadas bajo el concepto de la sectorización, a fin de cumplir con los requerimientos del programa de control y reducción de agua no contabilizada y de optimización hidráulica del servicio. La sectorización del servicio debe buscar los siguientes objetivos: 1. Controlar el agua no contabilizada, permitiendo una fácil y rápida evaluación del nivel de pérdidas de agua 2. Optimizar la operación del servicio. 3. Facilitar las labores de mantenimiento preventivo programado. 4. Controlar la presión en diferentes zonas. 5. Controlar fugas en las zonas de presión. 7.2.4 Delimitación de zonas de presión Las zonas de presión para ciudad y parroquias se encuentran definidas ya por la Empresa. La sectorización y subsectorización respetarán las zonas de presión establecidas. El establecimiento de las zonas de presión se hace con el fin de obtener la máxima uniformidad en el gradiente de presiones entre los tanques o estaciones de bombeo y los puntos de mínima presión. En parroquias donde no esté definido por parte de la Empresa las zonas de presión y la sectorización, la red de distribución de agua potable debe subdividirse en cuantas zonas de presión sean necesarias para cumplir con las condiciones de presión máxima y presión mínima en todos los puntos de la red. El diseño del sistema deberá prever la posibilidad del manejo activo de las presiones mediante la utilización de cámaras reductoras de presión. La operación de las presiones deberá tender hacia el rango inferior con el fin de minimizar pérdidas y consumos.

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Además, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1. Las áreas que estén ubicadas en terrenos altos y que requieran mayores presiones para ser abastecidas deben tener, en lo posible, sistemas separados de presión, debiendo mantenerse las presiones por medio de tanques o, en última instancia, previa justificación, por bombeos directos a la red, 2. Los valores de presión máximo y mínimo establecidos para una zona de presión, son los definidos en el numeral 7.3.5 “Diseño hidráulico “ de este Título. 3.

Las presiones estáticas y dinámicas serán referidas así: la primera, con respecto al nivel de agua máximo, y la segunda, al nivel de agua mínimo de los tanques de distribución.

7.2.5 Trazado de la red En todos los casos debe procurarse que la red conforme circuitos o mallas. La forma de los mismos y la longitud de las tuberías matrices que los integren deben ceñirse a las vías existentes o proyectadas, a las características topográficas de la zona de servicio, a la densidad de población actual o futura por abastecer y a la ubicación del tanque o tanques de almacenamiento. Debe tenerse en cuenta el futuro desarrollo de la zona con el fin de prever las posibilidades de ampliación de la red. La distribución no enmallada sólo podrá aplicarse en zonas con poblaciones muy dispersas, donde los tramos de tuberías necesarios para cerrar los circuitos resulten muy largos o de escasa utilización. En general, la red de distribución debe ubicarse por las zonas públicas como: calzadas de vías, veredas, zonas verdes. En caso de que deba instalarse por zonas privadas se debe contemplar servidumbre a favor de la EMAAP-Q. •

Trazado de las tuberías matrices

Las tuberías matrices deben ubicarse en calles existentes; amplias, de fácil acceso y que faciliten las labores de mantenimiento; cerca de las áreas en donde se prevé el abastecimiento de agua para el control de incendios y tan cerca cuanto sea posible de los grandes consumidores de la zona. •

Trazado de las redes menores de distribución

Las redes menores de distribución deben conformar circuitos cerrados por interconexiones en los puntos de cruce, o pueden ser de ramal abierto, siempre y cuando en el futuro se prevea su alimentación por los dos extremos y se garantice que se cumpla con la presión requerida. En el caso de pasajes se debe instalar doble tubería que evite el punto muerto de flujo, o se colocará en el extremo del pasaje un hidrante o boca de fuego. La red menor de distribución debe ser doble, con la ubicación de tuberías a 1 m de cada uno de los bordillos, en los siguientes casos:

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1. 2.

El ancho de la calle o avenida sea mayor que 15 m. En calles de menor ancho, siempre que el diseñador a través de un análisis demuestre su conveniencia. 3. En los casos de límites de sectores o subsectores. 7.2.6 Interconexión de la red de distribución Para atender situaciones de operación de emergencia se dejarán puntos de interconexión bien identificados con zonas de presión aledañas, los cuales serán dotados con válvulas de cierre permanente tipo mariposa o de cierre elástico.

7.3

PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO

7.3.1 Período de diseño El período de diseño de las redes de distribución de agua potable es función del tamaño de la zona que se va a diseñar, y se puede establecer así: -

Redes matrices, 30 años, ya que cubren grandes zonas de servicio y deben ser suficientes para un horizonte de diseño similar a la de los componentes de tratamiento de agua y suministro de agua cruda.

-

Redes secundarias: el período de diseño debe corresponder al tiempo esperado para alcanzar la población de saturación de la zona que servirán; cuando requiera, se ejecutará por etapas.

7.3.2 Caudal de diseño El caudal de diseño de las redes de distribución debe ser el caudal máximo horario (QMH) del año horizonte de diseño. 7.3.3 Pérdidas de agua en la red de distribución Desde la concepción del proyecto de la red de distribución y la realización de su diseño, debe tenerse en cuenta una topología (trazado) de la red y una instrumentación de medición que permita el control de las pérdidas físicas de agua en ésta. El trazado de la red debe permitir el aislamiento de tramos de la red de distribución para efectos de búsqueda de fugas y facilitar el mantenimiento; este aislamiento o definición de sectores, subsectores y distritos de investigación deben estar enmarcados dentro de la estrategia de la sectorización hidráulica y del programa de control y reducción de agua no contabilizada de la EMAAP-Q. Igualmente, la sectorización de la red debe prever en su diseño los correspondientes instrumentos de medición de caudal y presión que permitan un control permanente del consumo de agua en cada sector y subsector de la red.

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7.3.4 Materiales para las tuberías y accesorios de la red de distribución Para la construcción de una red de distribución de agua potable pueden utilizarse los siguientes materiales: ·

Acero con revestimiento anticorrosivo interno y externo (A).

·

Acero con revestimiento interior y exterior en mortero de concreto (CCP)

·

Hierro dúctil (HD).

·

Polivinilo de cloruro (PVC).

·

Polietileno de alta densidad (PEAD).

.

Poliéster reforzado con fibra de vidrio (GRP)

Podrán utilizarse otros materiales, siempre y cuando cuenten con aprobación de la EMAAPQ. La selección del material estará en función de las presiones máximas con que trabajará la tubería. Así mismo, se debe considerar el criterio de unificar el tipo de material de acuerdo al instalado en la zona, para facilitar la operación y mantenimiento del sistema. También, se deberán considerar las especificaciones técnicas de suministro de materiales para construcción, definidas por la EMAAP-Q para cada tipo y material de tubería. Cuando se elige como material de las tuberías el PVC, preferiblemente se deben utilizar accesorios, tees, cruces, codos y yees en acero, con uniones mecánicas, en razón a la experiencia operativa sobre la calidad de estos materiales que posee la EMAAP-Q. 7.3.5 Presiones en la red de distribución Además de lo establecido en el numeral 7.2.3 “Delimitación de zonas de presión”, para el diseño de la red de distribución deben tenerse en cuenta los siguientes requerimientos para las presiones: •

Presiones mínimas en la red

La presión dinámica mínima en los extremos de la red matriz calculada en la ciudad debe ser de 15 metros de columna de agua (15 m.c.a.), cuando por la red de distribución esté circulando el caudal de diseño. En las parroquias rurales se admitirá una presión dinámica mínima de 10 m.c.a. En caso de que en la zona existan edificios de más de 3 pisos, en los cuales la presión mínima no sea suficiente para llegar a los departamentos más altos, el edificio debe contar con su propio sistema hidroneumático o de bombeo de agua interno para producir las presiones suficientes que permitan llevar el agua hasta los pisos más altos. Se prohíbe instalar bombeos directos desde la red pública, es decir, siempre debe instalarse un tanque de succión.

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•

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Presiones máximas en la red de distribución:

El valor de la presión estática máxima tenida en cuenta para el diseño de las redes matrices y menores de distribución, será de 60 m.c.a. La presión máxima establecida en este numeral corresponde a los niveles estáticos, es decir, cuando no haya flujo en movimiento a través de la red de distribución y esté actuando la máxima carga producida desde los tanques de reserva, estaciones de bombeo y estaciones reductoras de presión. Cuando exista la posibilidad de que una zona sea interconectada, en situación de emergencia, a otra zona de una franja de presión mayor, se debe analizar a través de la modelación hidráulica cuál es la presión dinámica máxima a la que estará sometida la tubería y usar este valor como presión de diseño. En caso de ser necesaria una presión superior al límite máximo establecido en este numeral, debe solicitarse autorización a la EMAAP-Q. Para el manejo de presiones en cada sector se deberá utilizar cámaras reductoras de presión. 7.3.6 Dimensionamiento de las Tuberías

7.3.6.1 Programas para la realización del diseño Para el diseño de las redes de distribución el diseñador debe utilizar un programa de simulación hidráulica compatible con el software que tenga implementado la EMAAP-Q. El método y el programa utilizado para el cálculo hidráulico de la red deben permitir el análisis de líneas abiertas, en conjunto con el análisis de redes cerradas. El programa debe utilizar las ecuaciones de pérdida de carga en una tubería simple tal como se establece mas adelante en el numeral 7.3.6.5 “Cálculo de la pérdida de carga en tuberías”. 7.3.6.2 Métodos de cálculo La determinación de los caudales de consumo para cada uno de los nodos de la red debe efectuarse por el método de las áreas o por el método de la repartición media. A continuación se da una explicación de los métodos que deben usarse: A – Método de las áreas. En este método se determinan las áreas de influencia correspondientes a cada uno de los nodos de la red, para luego aplicar el caudal específico unitario (l/s/ha) determinado para cada tipo de área de abastecimiento y correspondiente al año proyectado del diseño. Qi = Ai . Qe En donde: Qi = caudal de consumo en el nodo i Ai = área de influencia o área abastecida en el nodo i

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Qe = caudal específico por unidad de superficie, que es igual a la dotación asumida por la densidad habitacional estimada al final del periodo de diseño. El área de influencia es aquella delimitada por cada una de las mediatrices de los tramos que llegan al nodo i o punto singular.

B – Método de la repartición media Mediante este método se definen los caudales de consumo en cada uno de los tramos de toda la red menor de distribución y se asignan los caudales a cada tramo de acuerdo con una distribución lógica del flujo. Dichos caudales se reparten por mitades a cada uno de los nodos extremos de los tramos respectivos. 7.3.6.3 Límites de velocidades En las tuberías matrices de distribución, el límite máximo de velocidad debe ser de 3,0 m/s. 7.3.6.4 Diámetros mínimos de tubería El diámetro mínimo de las redes menores de distribución en ciudad debe ser de 75 mm (3 pulgadas), En zonas industriales o comerciales el diámetro dependerá de las condiciones de la demanda. En las Parroquias previa justificación se puede aceptar un diámetro mínimo de 50 mm (2 pulgadas). En proyectos nuevos, las conexiones domiciliarias deben ser tomadas únicamente de la red secundaria de distribución. Los diámetros estipulados en este numeral corresponden a los diámetros nominales de las tuberías comerciales que pueden ser admitidas para el diseño o la construcción de un sistema de distribución de agua potable. Sin embargo, los cálculos hidráulicos de la red de distribución deben hacerse con los diámetros reales internos de las tuberías y materiales escogidos. 7.3.6.5 Cálculo de la pérdida de carga en tuberías Para el cálculo hidráulico y la determinación de las pérdidas por fricción en tuberías a presión debe utilizarse la ecuación de Darcy – Weisbach o la ecuación de Hazen – Williams con la debida consideración de los rangos de validez y exactitud de ellas.

a) Cálculo de la pérdida de carga utilizando la formula de Darcy – Weisbach. La formula de Darcy – Weisbach es aplicable para cualquier condición de flujo en conductos circulares a presión. El cálculo de la pérdida de carga debido a la fricción en una tubería o conducto cilíndrico largo, con un diámetro interior continuo utilizando la ecuación de Darcy – Weisbach, debe hacerse como se indica en el numeral 5.4.2 “Análisis Hidráulico” del Título 5 “Conducciones y líneas de transmisión”.

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El coeficiente de rugosidad absoluta Ks recomendado para la fórmula de Darcy – Weisbach para tuberías matrices y menores de distribución, según el tipo de material, se indica a continuación en el cuadro 7.1.

Cuadro No. 7.1 Coeficiente de Rugosidad de Darcy - Weisbach Clase de tubería y revestimiento interno PVC Polietileno GRP Acero con revestimiento interno de coal-tar enamel o Epoxi. CCP Hierro dúctil y acero con revestimiento interno en mortero de cemento

COEFICIENTE KS (mm) 0.120 0.120 0.120 0.120 0.240 0.240

Ref. Norma RAS-2000, República de Colombia.

La rugosidad absoluta de la tubería debe evaluarse teniendo en cuenta su relación y dependencia con el material del cual están hechos los tubos, con el proceso de fabricación, la calidad del agua y su tiempo de servicio.

b) Cálculo de la pérdida de carga utilizando la formula de Hazen-Williams. El cálculo de la pérdida de carga utilizando la ecuación de Hazen-Williams debe hacerse como se indica en el numeral 5.4.2 “Análisis Hidráulico” del Título 5 “Conducciones y líneas de transmisión”. Esta fórmula es aplicable solamente bajo la condición de que la velocidad máxima no debe ser mayor a 4 m/s. El coeficiente de fricción recomendado para la fórmula de HazenWilliams para tuberías nuevas de distribución, según el tipo de material, se presenta en el cuadro 7.2. Cuadro No. 7.2 Coeficiente de Fricción de Hazen - Williams Clase de tubería y revestimiento interno PVC Polietileno GRP Acero con revestimiento interno de coal-tar enamel o Epoxi. CCP Hierro dúctil y acero con revestimiento interno en mortero de cemento

COEFICIENTE C 130 130 130 130 120 120

Ref. Norma RAS-2000, República de Colombia.

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Debido a que todos los coeficientes de rugosidad dependen de la clase de tubería a utilizar, así como del tiempo de servicio, el diseñador debe justificar, para los cálculos hidráulicos, el coeficiente a utilizar para las tuberías existentes. Los valores de diseño son los previstos para el año horizonte de análisis. Para tuberías de acero, especialmente, se debe analizar la disminución del coeficiente de rugosidad por deterioro del material del revestimiento interior.

7.4

OTRAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO

7.4.1 Distancias mínimas a otras redes •

Alcantarillado de aguas negras o alcantarillados combinados

Siempre que sea posible, las distancias mínimas entre las tuberías que conforman la red de distribución de agua potable y las tuberías de alcantarillados de aguas negras o alcantarillados combinados deben ser mínimo de: 1,5 m la horizontal; 0,5 m en la vertical. La distancia vertical se entiende como la distancia entre la cota de invert de la tubería de agua potable y la cota clave de la tubería de alcantarillado. Preferiblemente la tubería de agua potable siempre este por encima que la de alcantarillado. Las tuberías de agua potable no pueden estar ubicadas en la misma zanja de una tubería de alcantarillado sanitario o pluvial. En general, las tuberías de agua potable deben colocarse hacia uno de los costados de las vías, a 1 m. del bordillo, preferiblemente en los costados norte y este. En el caso que por falta física de espacio o por un obstáculo insalvable, sea imposible cumplir con las distancias mínimas anteriormente indicadas, la tubería de agua potable deberá ser embebida exteriormente con una protección de hormigón a todo lo largo de la zona de interferencia, que garantice su estanqueidad ante la posibilidad de contaminación por presiones negativas. •

Teléfonos y energía

Las distancias mínimas entre las tuberías que conforman la red de distribución de agua potable y los ductos de redes de teléfonos y de energía eléctrica deben ser de: 1,0 m horizontal; 0,5 m vertical. 7.4.2 Profundidades de las tuberías Las tuberías que conforman la red de distribución de agua potable deben colocarse teniendo en cuenta los siguientes requisitos sobre profundidades: •

Profundidad mínima

La profundidad mínima a la cual deben colocarse las tuberías de la red de distribución no debe ser menor que 1,2 m medidos desde la clave de la tubería hasta la superficie del terreno. Para los casos críticos de construcción donde sea necesario colocar la clave de la tubería

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entre 0,60 m y 1,2 m de profundidad, debe hacerse un análisis estructural teniendo en cuenta las cargas exteriores debidas al peso del relleno, cargas vivas, impacto y otras que puedan presentarse durante el proceso de construcción. Se exceptúan las zonas en donde se garantice que no habrá flujo vehicular, previa aprobación por parte de la EMAAP-Q. •

Profundidad máxima

La profundidad de las tuberías que conforman la red de distribución, en términos generales, no debe exceder de 1,50 m sobre la clave de la tubería, los casos especiales deben consultarse con la EMAAP-Q. 7.4.3 Análisis de interferencias En las secciones de las vías que deben aparecer en los planos de diseño geométrico de la red de distribución deben indicarse la localización de otras redes de agua potable, de alcantarillado y de otros servicios públicos que son interceptados y la solución al manejo de la interferencia. Durante la etapa de diseño deben localizarse topográficamente y verificarse por medio de calicatas, la ubicación exacta de los alcantarillados principales y las conexiones domiciliarias existentes que se interceptan con el eje de la tubería de distribución proyectada. Igual debe hacerse con las redes de otros servicios públicos existentes en el corredor del proyecto. Esta investigación de interferencias es obligatoria para el diseño de tuberías de diámetro mayor o igual a 12” y deseable para los diámetros menores a este.

7.5

VÁLVULAS, ACCESORIOS Y OTROS

Los accesorios son elementos complementarios para la instalación de las tuberías, e incluyen uniones, codos, reducciones, cruces, tees, válvulas, anclajes, etc. Las tuberías y los accesorios deben ser compatibles entre sí, con respecto a presiones de trabajo, dimensiones (diámetros, espesores, sistemas de unión) y a estabilidad electroquímica si se trata de materiales diferentes. 7.5.1 Aspectos generales de las válvulas en redes de distribución La red de distribución debe proyectarse con válvulas de diferentes tipos, según los requerimientos de la sectorización que adelanta la EMAAP-Q dentro de su política de reducción y control de agua no contabilizada, así: -

Válvulas de interconexión: permiten comunicar los sectores, normalmente están cerradas.

-

Válvulas limites de subsector: permiten comunicar los subsectores, normalmente están cerradas.

-

Válvulas de operación: permiten conformar distritos pitométricos dentro de un

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subsector. Los tres tipos anteriores de válvulas deben ser de sello elástico (compuerta), estar alojadas en cámaras de concreto para diámetros iguales o mayores de 12”; para los diámetros menores la cámara será un tubo de PVC de 6” de 1,25 Mpa. Adicionalmente, se debe proveer a la red de distribución de las siguientes válvulas: -

Válvulas de control (mariposa) para alimentación de subsectores, las cuales deben estar alojadas en cámaras de concreto que tengan espacio para instalar mediciones de caudal y presión.

-

Válvulas de aire, se deben colocar en la red menor para evitar el bloqueo durante el llenado de las tuberías.

-

Válvulas de desagüe, que drenen al alcantarillado.

-

Válvulas reductoras de presión, las cuales deben tener un ramal con reductora de suplencia, un by-pass si se estima conveniente y tener filtros, que puedan ser limpiados sin desarmar las válvulas, para evitar su obstrucción.

Las normas para el diseño de válvulas de ingreso y expulsión de aire (ventosas), válvulas de purga, válvulas de corte, elementos reductores de presión, juntas de montaje y expansión, curvas, tees, reducciones, anclajes, pasos especiales y protección de las tuberías, son las estipuladas en el numeral 5.4 “Parámetros de diseño de conducciones a presión”, del Título 5 de estas Normas. 7.5.2 Hidrantes •

Aspectos generales

Los hidrantes deben instalarse en tuberías con un diámetro mínimo de 75 mm (3 pulgadas). Cada hidrante llevará su propia válvula para aislarlo de la red. Se ubicarán de preferencia en las esquinas, en las intersecciones de dos calles y sobre la acera, para un mejor acceso. En todos los casos, los hidrantes serán de tipo tráfico y con dos salidas de 2,5” cada una. •

Capacidad de los hidrantes

Para tuberías mayores o iguales a 4 pulgadas, el hidrante será de 100 mm (4 pulgadas), para tuberías de 75 mm (3 pulgadas), el hidrante será del mismo diámetro. Para tuberías con diámetro de 50 mm (2 pulgadas), se instalarán bocas de fuego, en lugar de hidrantes •

Número de hidrantes y distancia entre hidrantes

Debe colocarse un hidrante por lo menos en un radio de acción de 200 m en las zonas residenciales de baja y media densidad. En las zonas con bloques multifamiliares debe colocarse un hidrante por lo menos en un radio de 150 m. En las zonas industriales y comerciales de alto valor debe ponerse un hidrante en cada bocacalle y en un radio no

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mayor que 100 m. •

Presión en los hidrantes

Para zonas residenciales de baja densidad la presión mínima en los hidrantes debe ser de 10 m.c.a y para las zonas comerciales e industriales o zonas residenciales con edificios multifamiliares, la presión mínima debe ser de 15 m.c.a. La presión máxima de trabajo de los hidrantes debe ser la presión máxima definida para la red de distribución. 7.5.3 Conexiones domiciliarias La conexión domiciliaria es la tubería que va desde la red menor de distribución hasta el medidor. Toda conexión domiciliaria debe constar de los siguientes accesorios dependiendo del tipo de tubería con el que se haga la instalación: 1

Unión de empalme entre la acometida y la tubería menor de distribución, pudiendo ser ésta una silla, galápago, collar de derivación o toma de incorporación.

2

Collar o collarín de bronce o acero inoxidable.

3

Toma de Incorporación de bronce.

4

La tubería para la conexión domiciliaria debe tener un diámetro de 13 mm (0,50 pulgadas) hasta la caja de vereda y de allí en adelante el diámetro mínimo de 13 mm (0,5 pulgadas). En zonas donde se estime que la densidad habitacional pueda aumentar en el futuro, el diámetro de la tubería hasta la vereda puede incrementarse a 19 mm (0,75), con aprobación de la EMAAP-Q. El material de esta tubería será de cobre tipo K, de temple suave, con la cual deben utilizarse accesorios abocinados, especiales para tuberías de cobre, para garantizar uniones impermeables. No se permiten uniones con soldadura de estaño.

5

Codos y neplos.

6

Registro de corte.

7

Medidor domiciliario de consumo de agua.

8

Caja de pared para proteger el medidor y el registro de corte. Desde esta caja hacia adentro se inicia la instalación interna.

9

Válvula check en caso de posibilidad de contra flujo.

En las figuras 7.1 y 7.2 anexas, se presentan planos típicos de las conexiones domiciliarias.

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7.5.4 Medidores domiciliarios (micromedidores) Es obligatorio colocar medidores domiciliarios para cada uno de los clientes individuales del servicio del agua potable. Los tipos de medidores a utilizar y su clase, serán definidos por la EMAAP-Q, según las especificaciones técnicas vigentes para el suministro de equipos. Deben existir medidores individuales en cada uno de los apartamentos o interiores que conformen el edificio, conjunto multifamiliar o condominio. Adicionalmente, en estos casos se debe colocar un medidor totalizador en la conexión domiciliaria del edificio, conjunto o condominio, el cual servirá para verificar la suma de los consumos individuales y los posibles consumos de las zonas comunes, sin medición. En el caso de grandes consumidores, el tamaño y tipo de medidor será definido por la EMAAP-Q teniendo en cuenta el rango de consumos medidos o estimados, y las políticas de control de agua no contabilizada. Todo medidor antes de ser instalado debe ser calibrado en el taller de medidores de la EMAAP-Q o en laboratorios certificados y aprobados por esta. 7.5.5 Macromedidores Debido a que los volúmenes entregados al sistema de distribución de agua potable son un parámetro importante que debe ser considerado en la realización del balance de las aguas distribuidas (Mediciones de aguas no contabilizadas), en las labores de operación y mantenimiento y en la planeación futura, debe preverse la instalación de macromedidores en las cámaras de control de ingreso a los subsectores para la correspondiente obtención de datos de consumo fidedignos. Los macromedidores pueden ser de tipo presión diferencial, ultrasónico o electromagnético. Siempre que sea posible, los macromedidores deben estar provistos de sistemas de telemetría.

7.6

REFERENCIACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA RED (CATASTRO)

Debe contarse con un catastro de la red actualizado que incluya un inventario de las tuberías existentes, su localización y las características básicas de cada componente, según lo dispuesto en los siguientes numerales. Este catastro debe incluir además las válvulas e hidrantes que formen parte de la red de distribución con todas sus características. La metodología aquí propuesta es valida para la referenciación de tuberías existentes; para el caso de tuberías nuevas, el catastro de la red lo deben constituir los planos de obra construida (as-built). 7.6.1 Convenciones que deben utilizarse Las tuberías, válvulas e hidrantes deben referenciarse en el Sistema de Información

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Geográfica (SIG) que utiliza la EMAAP-Q, usando las convenciones que para tal efecto la Empresa ha definido, en el documento: “Especificaciones técnicas para trabajos de geodesia, topografía, restitución fotogramétrica y sistemas de información geográfica SIG”, el cual forma parte de estas Normas y se puede consultar en el Anexo No.1. 7.6.2 Generalidades de referenciación de redes de agua potable Las redes de agua potable deben referenciarse topográficamente al sistema de cotas y coordenadas estipulado en el documento de la EMAAP-Q, denominado “Especificaciones técnicas para trabajos de geodesia, topografía, restitución fotogramétrica y sistemas de información geográfica SIG”, Anexo No.1 de estas Normas. La referenciación de tuberías y accesorios debe hacerse con respecto a los puntos fijos más cercanos y preferiblemente a los límites de las construcciones o predios (paramentos) definitivos. En lo posible no debe referenciarse la red de agua potable a postes de energía o de teléfonos, ya que estos pueden ser cambiados de lugar por la Empresa prestadora del servicio. Cualquier dificultad que se presente con respecto a la referenciación de las redes de agua potable debe consultarse con la dependencia encargada del SIG en la EMAAP-Q. •

Referenciación de tuberías

Tuberías y paramentos rectos Para referenciar tuberías respecto a paramentos rectos (límites exteriores de las calles dado por las construcciones) deben tomarse tres referencias, de la siguiente forma: una en cada una de las dos esquinas de la calle y una en el centro de este alineamiento. Las referenciaciones de las dos esquinas deben hacerse a partir de la intersección de paramentos. Cada una de ellas debe hacerse a ambos paramentos de la vía considerada. También debe medirse la longitud de la calle por el paramento que se encuentre mejor definido. La tubería o los paramentos o ambos compuestos por tramos rectos En este caso deben referenciarse todos los quiebres de la tubería con respecto a ambos paramentos (a lado y lado de la calle) mediante líneas normales a éstos, anotando la distancia de cada punto de referenciación a una misma esquina. Paramentos curvos y tubería recta o curva Si el trazado de la tubería es curvo, desde los puntos fijos de esquinas, a lo largo de los paramentos (a lado y lado de la calle) deben medirse distancias de 10 m y si la tubería es recta deben medirse distancias de 20 m hasta llegar a puntos fijos de las esquinas próximas. Se unen los puntos correspondientes de cada costado de la calle y sobre éstas líneas se referencia la tubería. •

Datos que deben anotarse en la referenciación de tuberías

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Para la referenciación de las tuberías de la red de distribución de agua potable deben anotarse los siguientes datos básicos: •

Diámetro. Clase y presión de la tubería. Material. Profundidad. Fecha de instalación. Tipo de unión (campana y espigo, dresser, etc.) Marca de la tubería y clase. Revestimiento de la tubería. Estado (para tuberías existentes).

Referenciación de válvulas

Las válvulas siempre deben referenciarse a dos paramentos de la esquina más cercana. En ningún caso, la referenciación debe hacerse a puntos de la tubería, ya sean ellos codos, hidrantes, válvulas, etc. En caso de no existir paramentos se podrá referenciar a postes o pozos cercanos. •

Datos que deben anotarse en las válvulas

La información que debe incluir la referenciación de las válvulas es la siguiente: •

Marca. Tipo: de compuerta, mariposa, de globo, etc. Diámetro. Posición (horizontal o vertical). Material. Fecha de instalación. Número de vueltas para cerrar la válvula. Modo de operación. Uniones con la tubería. Presión de trabajo.

Referenciación de hidrantes

Siempre deben referenciarse los hidrantes con respecto a la esquina más próxima, anotando la distancia a ésta y al paramento. Igualmente se debe referenciar la tubería alimentadora del hidrante, el ramal y la válvula auxiliar, siguiendo las normas para cada una de ellas establecidas en el literal anterior. •

Información sobre hidrantes

En toda referenciación de hidrantes deben anotarse por lo menos, los siguientes datos:

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•

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Marca. Número de bocas. Diámetro de la boca o bocas de salida. Diámetro de la tubería alimentadora. Tipo de hidrante. Fecha de instalación. Clase del hidrante. Caudal de descarga. Presión de trabajo.

Referenciación de los accesorios de las tuberías

En el caso de la referenciación de tapones y codos debe anotarse la distancia de estos a la esquina más próxima, la distancia al paramento y la longitud total de la cuadra. Se recomienda, además, anotar el número del inmueble situado al frente del tapón o codo. En el caso de tees y cruces, en lo posible éstas deben referenciarse con respecto a las intersecciones de los paramentos. •

Datos que deben anotarse en el caso de accesorios

Durante la referenciación de los accesorios que forman parte de la red de distribución de agua potable deben anotarse los siguientes datos: -

Tipo de accesorio. Diámetro. Material. Presión de trabajo. Tipo de unión. Fecha de instalación.

7.6.3 Sistemas de Información Geográfica Es obligatorio la utilización del Sistema de Información Geográfica que utilice la EMAAP-Q para almacenar en medio magnético planos y bases de datos de los catastros de las tuberías de la red de distribución, con su localización, datos y características. Por tal razón la información de campo que se tome durante el levantamiento de catastro de redes, la construcción de redes de distribución; así, como la información de los nuevos diseños, debe ser entregada a la EMAAP-Q en los formatos que ella estipule, para que dicha información sea compatible con el SIG que la Empresa utiliza.

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TITULO 8: ESTACIONES DE BOMBEO

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TITULO 8: ESTACIONES DE BOMBEO

ÍNDICE Página 8.

ESTACIONES DE BOMBEO .............................................................................163

8.1 ESTUDIOS PREVIOS........................................................................................163 8.1.1 Concepción del proyecto ................................................................................ 163 8.1.2 Análisis de costo mínimo ................................................................................ 163 8.1.3 Disponibilidad de energía ............................................................................... 164 8.1.4 Factibilidad de ampliación............................................................................... 164 8.1.5 Calidad del agua que va a ser bombeada ...................................................... 164 8.2 CONDICIONES GENERALES ...........................................................................164 8.2.1 Selección del sitio de emplazamiento............................................................. 165 8.2.2 Protección contra inundaciones...................................................................... 165 8.2.3 Protección contra descargas atmosféricas ..................................................... 165 8.2.4 Protección contra incendios............................................................................ 166 8.2.5 Facilidad de mantenimiento ............................................................................ 166 8.2.6 Operación económica ..................................................................................... 166 8.2.7 Restricción de acceso y seguridad ................................................................. 166 8.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ........................................................166 8.3.1 Período de diseño de las estaciones de bombeo ........................................... 166 8.3.2 Caudal de diseño............................................................................................ 167 8.3.3 Diseño de Estaciones de Bombeo.................................................................. 167 8.3.4 Bombas........................................................................................................... 168 8.3.5 Análisis de flujo no permanente (golpe de ariete)........................................... 169 8.3.6 Válvulas y Accesorios ..................................................................................... 169

8.4. SISTEMAS DE MEDICIÓN Y CONTROL.......................................................177 8.4.1 8.4.2

Instrumentación .............................................................................................. 177 Sala de control e integración con sistema SCADA......................................... 177

8.5 INSTALACIONES COMPLEMENTARIAS ...........................................................178 8.5.1 Instalaciones Eléctricas .................................................................................. 178 8.5.2 Señalización ................................................................................................... 178 8.5.3 Equipos de movilización ................................................................................. 178 8.5.4 Aislamiento acústico ....................................................................................... 179 8.5.5 Ventilación ...................................................................................................... 179 8.5.6 Drenaje de la estación .................................................................................... 179 8.5.7 Accesos y escaleras ....................................................................................... 179 8.5.8 Iluminación...................................................................................................... 180 8.5.9 Instalaciones hidráulicas y sanitarias.............................................................. 180

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8.

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ESTACIONES DE BOMBEO

En este Titulo se establecen los criterios básicos y requisitos mínimos que deben cumplir las estaciones de bombeo en las etapas de conceptualización y diseño, con el fin de garantizar seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia en su operación dentro de un sistema de agua potable.

8.1

ESTUDIOS PREVIOS

El diseñador debe efectuar ciertos estudios antes de llevar a cabo el diseño de la estación de bombeo, con el fin de determinar las condiciones básicas de diseño, fijar la capacidad y establecer el régimen de operación que asegure una operación económica. 8.1.1 Concepción del proyecto Por regla general, se considera necesario el desarrollo de una estación de bombeo cuando se requiera elevar el nivel de la línea piezométrica para vencer una diferencia de altura topográfica, más las pérdidas por fricción y las pérdidas menores. Se debe optar por una nueva estación de bombeo siempre que las alternativas de ampliación de estaciones existentes y el aprovechamiento de la gravedad no resulten factibles. La estación de bombeo debe justificarse desde los puntos de vista técnico y económico, por medio de un estudio de la energía requerida por el sistema de agua potable y las fuentes de energía disponibles. La conceptualización del proyecto debe incluir, como mínimo, los siguientes aspectos: 1.

Relación con las demás partes del sistema. Debe conocerse el funcionamiento y reglas de operación de otros componentes, tales como plantas de tratamiento, tanques de reserva, redes de distribución entre otros, con el fin de lograr compatibilidad de la estación con el resto del sistema, especialmente en su capacidad y operación.

2. Inventario de las estaciones existentes en la zona del proyecto, con el fin de determinar el aprovechamiento de instalaciones construidas y su factibilidad de ampliación. 3.

Altura dinámica total requerida por el flujo o caudal de diseño.

4.

Capacidad de bombeo de la estación.

5.

Energía disponible.

6. Energía requerida. 8.1.2 Análisis de costo mínimo Debe hacerse un análisis de costo mínimo, según lo establecido en el Título 1, numeral 1.6 “Evaluación Socioeconómica”. Dentro del análisis debe tenerse en cuenta el costo inicial de los equipos y la construcción, los costos de operación y los costos de mantenimiento.

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Disposiciones para reducir el costo inicial y los costos de operación: 1. Las bombas deben ser preferiblemente del mismo tipo, capacidad y tamaño. 2. Las bombas en pozos profundos deben ser de tipo sumergible (un equipo por pozo ) y sus características de acuerdo a la memoria técnica. 3. Las bombas deben operar con la máxima eficiencia posible. 4. Siempre debe bombearse a un tanque de almacenamiento o compensación. 5. Debe utilizarse el menor número posible de bombas. 8.1.3 Disponibilidad de energía Deben estudiarse las condiciones de suministro de energía, incluidos la capacidad de la estación generadora, la demanda de la estación de bombeo, la frecuencia de interrupciones en el servicio de energía, el sitio más cercano para derivar la energía, el voltaje, el ciclaje y el costo del kilovatio-hora. Para estaciones de cierta magnitud e importancia dentro del sistema la EMAAP-Q puede solicitar al diseñador prever una planta generadora de emergencia disponible para casos de fallas en el suministro eléctrico. Dicha planta generadora debe tener una capacidad mayor a la de la carga requerida. 8.1.4 Factibilidad de ampliación Deben considerarse las facilidades técnicas para una posible ampliación futura. Deben definirse las etapas de expansión, indicando en cada una el número de bombas, el tipo de bombas y la capacidad estimada de la estación. Además, debe disponerse del espacio suficiente para la colocación futura de bombas y/o la ampliación de la casa de máquinas. 8.1.5 Calidad del agua que va a ser bombeada Para el caso de bombeos de agua cruda proveniente de fuentes superficiales debe estudiarse la calidad del agua, principalmente en lo referente a sedimentos en suspensión, con el fin de proteger los equipos de bombeo contra posibles daños causados por la abrasión. Para el caso de bombeo de aguas subterráneas se debe realizar un análisis físico-químico del agua para determinar su calidad y sus posibles afectaciones al sistema. Esta información se utilizará para la definición de las especificaciones mecánicas de suministro de los equipos del sistema de bombeo.

8.2

CONDICIONES GENERALES

Las estaciones de bombeo de aguas para consumo humano serán diseñadas de tal manera que la calidad del agua no sufra alteraciones desfavorables, protegiendo adecuadamente el líquido a bombear.

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Cuando se requiera proyectar un edificio para la estación de bombeo, este tendrá una arquitectura acorde con el medio exterior, disponiéndose un cerramiento que impida el acceso de personas ajenas o de animales. El edificio de la estación de bombeo debe ser funcional, con suficiente número de aberturas que permitan el paso de equipos y personas, adecuada ventilación e iluminación natural. En lugares adecuados del edificio se dispondrá de gabinetes y extintores de incendios, por lo menos uno de estos dispositivos irá en el local de los motores y otro en la sala de control. Para el cálculo estructural de los edificios, cámaras y cimentaciones, se tomarán en cuenta aspectos tales como: geológicos, mecánica de suelos, esfuerzos sísmicos, efectos de cargas, impactos, vibraciones, etc. que originen los motores. La estación de bombeo debe cumplir con ciertas características y condiciones básicas, las cuales se definen a continuación: 8.2.1 Selección del sitio de emplazamiento. En el bombeo desde galerías la selección del sitio de emplazamiento se hará en base de un análisis detallado de la situación presente y futura de la zona, tomado en cuenta aspectos como los siguientes: topografía, características geológicas, características de los suelos, zonas aledañas, comunicaciones, peligros potenciales, tales como inundaciones, incendios, vientos, sismos, etc., protección del líquido, funcionamiento hidráulico, disponibilidad de energía y crecimiento o expansión de la estación. La selección final del sitio debe ser el resultado de un equilibrio entre las necesidades técnicas, aspectos económicos y el impacto ambiental. En pozos profundos el sitio dependerá del estudio y diseño del mismo, para luego proceder a su construcción. Es así que las instalaciones eléctricas, toda la valvulería, tubería y demás materiales que son necesarios para la implementación de la estación de bombeo, deben regirse al lugar y al área cercana al pozo. El patio de operación debe tener el espacio suficiente para el ingreso de equipo pesado. 8.2.2 Protección contra inundaciones El sitio de ubicación de la estación debe estar protegido del efecto de inundaciones naturales. La elevación del piso de acceso principal de la estación de bombeo, debe estar como mínimo 0,5 m. sobre el nivel de la máxima inundación. Adicionalmente, durante la operación de la estación no deben presentarse inundaciones y la edificación debe tener drenajes adecuados. En el pozo de succión debe dejarse un nivel de protección contra crecientes y fallas en la evacuación del caudal. Las estructuras subterráneas de una estación de bombeo, serán del tipo impermeable. Para pozos profundos, los desagües deben ser lo suficientemente amplios, de tal manera que nunca se llegue a contaminar el mismo, al existir una inundación fortuita. 8.2.3 Protección contra descargas atmosféricas El diseñador deberá considerar el grado máximo de protección eléctrica contra descargas atmosféricas para proteger las instalaciones, previendo también las protecciones

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secundarias para seguridad de las instalaciones de campo, con un análisis de las condiciones del suelo que garantice la descarga a tierra. Todos los equipos de protección que sean instalados, deben ser de última tecnología. 8.2.4 Protección contra incendios Deben existir dispositivos para extinguir incendios de origen eléctrico, ubicados en lugares adecuados, los cuales deben estar perfectamente señalizados. Además, los materiales de la estructura de la estación deben ser de hormigón o mampostería, a prueba de incendio. La protección contra incendios debe incluir equipos de detección para el mismo efecto. 8.2.5 Facilidad de mantenimiento Deben dejarse los accesos e instalaciones necesarias para efectuar las labores de mantenimiento. La estación debe diseñarse de tal forma que las labores de mantenimiento no afecten la prestación del servicio. El patio de maniobras en las instalaciones de pozos profundos debe tener un área física no menor a 200 m2 y el acceso al mismo debe ser lo suficientemente amplio para la entrada y salida de equipos y/o maquinaria pesada. 8.2.6 Operación económica La estación debe tener el menor costo posible de operación y las bombas y los motores deben operar en una eficiencia cercana a la máxima posible. 8.2.7 Restricción de acceso y seguridad Deben tomarse las medidas de seguridad necesarias para evitar el acceso de personas ajenas a aquellas encargadas de la operación y/o mantenimiento, mediante cerramientos, personal de guardianía, alarmas, etc. El nivel de seguridad dependerá del lugar en el que se encuentre la instalación.

8.3

PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO

8.3.1 Período de diseño de las estaciones de bombeo El periodo de diseño para las estaciones de bombeo de agua tratada debe ser compatible con el usado en los tanques y redes de distribución; por lo tanto será de 30 años. Cuando las estaciones de bombeo se construyan por etapas, cada vez que se vaya a construir una nueva etapa deben reevaluarse las condiciones de caudal de diseño, para verificar que se estén cumpliendo las estimaciones del crecimiento de la demanda de agua. El período de diseño para las estaciones de bombeo de agua cruda debe ser compatible con el usado en las estructuras de captación y conducciones de agua cruda; esto es de 30 años.

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El periodo de diseño para pozos profundos debe ser de 15 a 20 años. 8.3.2 Caudal de diseño La capacidad de una estación de bombeo, ya sea de pozo profundo o de una fuente superficial, debe ser el caudal máximo diario, QMD, si el bombeo es de 24 horas. No se permite el bombeo directo hacia la red de distribución; siempre debe bombearse a un tanque de almacenamiento o reserva. De igual forma, no se permite el bombeo directo desde la red de distribución. Casos especiales, sobre todo en ampliación o rehabilitación de sistemas ya existentes, pueden ser autorizados por la EMAAP-Q, previa justificación del diseñador. Se exceptúan de las consideraciones anteriores las estaciones de bombeo de refuerzo en la red de distribución, llamadas también booster, para elevar la presión de la red en un determinado sector de servicio, con equipos de control de velocidad variable. 8.3.3 Diseño de Estaciones de Bombeo Para la implementación de las estaciones de bombeo tanto de pozos profundos como el bombeo desde galerías de fuentes superficiales, existirán características específicas propias de cada instalación, dependiendo del diseño de las mismas. A continuación se detallan características básicas.

Bombeo de aguas superficiales •

El tanque se debe diseñar con una capacidad acorde al caudal de diseño de las bombas.

•

En lo posible las bombas deben tener carga positiva de succión.

•

La entrada de agua al tanque no debe producir turbulencias, para lo cual se recomienda hacerla por medio de compuertas o conductos sumergidos. La distribución de velocidades del flujo de entrada en cada bomba debe ser lo más uniforme posible. Debe evitarse la formación de vórtices.

•

Debe preverse un espacio para la instalación y montaje de los equipos de bombeo y tuberías, así como para las futuras labores de inspección y mantenimiento.

•

La sumergencia mínima de la tubería de succión debe ser mayor que 2 veces su diámetro, pero nunca inferior a 0,50 m y siempre deberá estar de acuerdo al cálculo de la Carga Neta Positiva de Succión (NPSH) requerido para los equipos de bombeo.

•

La distancia entre el fondo y paredes de la cámara de succión y la boca de la tubería de succión debe estar entre 0,5 y 1,5 veces el diámetro de la tubería de succión, pero no puede ser menor que 0,25 m.

•

Todos los tanques de succión deben poseer controles de nivel redundantes que permitan la protección de los equipos de bombeo.

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Bombeo de Pozos profundos •

El diámetro del casing debe ser 4’’ mayor que el diámetro del equipo de bombeo a ser instalado.

•

El equipo de bombeo debe ser de tipo sumergible, de alta eficiencia.

•

El motor eléctrico debe ser de 3 cables de salida para arranque en estado sólido o similar.

•

El cable de acometida desde el motor eléctrico hasta la unidad de arranque debe ser tipo sumergible, extra flexible, de calibre según el diseño, con nivel de aislamiento de 1000 voltios y sin empalmes adicionales.

•

La tubería de succión debe ser de acero bajo norma AWWA, con uniones roscadas y diámetro en función al caudal a explotarse.

•

La profundidad de instalación del equipo de bombeo debe ser mínimo de 10 metros debajo del nivel dinámico, y la succión de la bomba no debe coincidir con cribas o tamices.

•

La columna de bombeo del pozo debe disponer de válvulas check verticales instaladas cada 30 metros.

•

El pozo debe disponer de control de nivel.

8.3.4 Bombas Las bombas deben seleccionarse de tal forma que se obtenga la capacidad y la altura dinámica requeridas, establecidas por el punto de operación al considerar las curvas de características del sistema de bombeo y características del sistema de tuberías. Para el bombeo de fuentes superficiales, en lo posible las bombas serán del tipo centrífugas, de eje horizontal y de carcasa partida; que operen a 1.750 rpm o 3.000 rpm. El diseñador deberá considerar equipos de bombeo de turbina vertical sólo para estaciones específicas. En pozos profundos las bombas serán de tipo sumergible, multietapas y de trabajo vertical. El dimensionamiento y el tipo de las bombas deben hacerse en conjunto con la tubería de impulsión y con el tanque de almacenamiento, buscando siempre la condición de menor costo, incluidos costo inicial, de operación, expansión y mantenimiento. Adicionalmente se deben tener en cuenta los siguientes factores: •

Espacio requerido.

•

Forma de operación prevista, ya sea en serie o en paralelo.

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•

Variación en los niveles máximo y mínimo en la succión y la descarga, así como la variación en los caudales.

•

Tiempo de operación.

•

Compatibilidad con equipos existentes.

Número de bombas El número de bombas debe ser determinado por el análisis de costo mínimo. Para caudales de diseño mayores a 20 l/s se deberá colocar un mínimo de dos bombas en paralelo. Todos los sistemas, independiente de su tamaño deben contar con una bomba adicional para emergencia.

Pozos profundos La elección de una bomba para un pozo profundo debe contemplar: •

Análisis de la carga o energía total de bombeo.

•

Caudal de diseño del pozo.

•

Tiempo de operación.

8.3.5 Análisis de flujo no permanente (golpe de ariete) Debe tenerse en cuenta el efecto del golpe de ariete causado por interrupciones en la energía, falla instantánea de los equipos y la consecuente interrupción del flujo. El cálculo debe realizarse, según lo establecido en el numeral 5.5 “Golpe de Ariete” del Titulo 5 “Conducciones y Líneas de Transmisión”. El análisis debe hacerse para el caudal máximo en las diferentes formas de operación. Deben disponerse de los mecanismos y accesorios necesarios para aminorar los efectos de este fenómeno, tales como válvulas de alivio, volantes, tanques hidroneumáticos, sistemas eléctricos de control, etc. 8.3.6 Válvulas y Accesorios La estación debe tener ciertos accesorios que permitan una fácil operación, según las siguientes disposiciones: 1.

Las válvulas de regulación y válvulas de corte deben tener una señalización que indique si se encuentran abiertas o cerradas.

2.

Las válvulas según diseño, deben tener actuadores mecanizados manuales y/o automáticos. Para válvulas de accionamiento manual, deben colocarse dispositivos que hagan posible su operación con una mínima fuerza tangencial.

3.

La ubicación y distribución de todas las válvulas, accesorios, tuberías, equipos de bombeo, etc., deben ser diseñadas guardando las distancias normadas para su

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instalación, maniobrabilidad y mantenimiento. 4.

Todas las unidades de bombeo deben tener como mínimo las siguientes válvulas (orden en dirección de flujo): -

Válvula de pie para sistemas de succión negativa (tanque de succión).

-

Válvula de corte en la succión de compuerta o mariposa (tanque de succión).

-

Válvula check tipo resorte.

-

Válvula check vertical (pozo profundo).

-

Válvula de control optimizadora del bombeo.

-

Válvula de control de caudal y guardia (globo).

-

Válvula de aire triple acción y válvula de guardia.

-

Válvula de golpe de ariete.

-

Válvula de desagüe (compuerta, mariposa)

5. En una tubería de succión que no trabaje bajo carga positiva debe instalarse una válvula de pie (retención) en la parte inferior para evitar su vaciado. 6.

Deben colocarse válvulas de aire (ventosa), cuyo uso y especificaciones depende del tipo de bomba que va a utilizarse, la operación y la forma de colocación adoptadas.

En la figura No. 8.1 anexa se muestra un esquema típico de equipamiento mecánico y de medición para una estación de bombeo y en la figura No. 8.3 se muestra el esquema típico para un bombeo de pozo.

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LEYENDA ESQUEMA DE EQUIPAMIENTO MECANICO - POZOS B SF ST SV SC ME Q.M T.P T.N P.O T TBC PLC VCR VCD VR VD VCkh VCkv VA M E.B Tbc BSssGG C 2C IP ---- .. ---------------S.S

Breaker termomagnético Seccionador fusible, Bajo pareja Pararrayos de baja tensión Relé electrónico de voltaje Relé electrónico de corriente Analizador de Energía Medidor de caudal electromagnético análogo Medidor de presión análogo Medidor de Nivel Análogo Panel Operador Arrancador electrónico suave Arrancador condensadores Controlador lógico programable Válvula de control neumática de red Válvula de control neumático de desagüe Válvula de compuerta de red-mecánica Válvula de compuerta de desagüe-mecánica Válvula check bridada-exterior Válvula check roscada-columna de bombeo Válvula de aire triple acción Manómetro con válvula de aislamiento y supresor de presión Equipo de bombeo sumergible Transformador de servicios generales Protección Termomagnético-secundaria Condensadores Barras de cobre (fases y neutro) Interruptor de presión Cable de señal/datos Cable eléctrico TTU Sistema de alarma (ingreso no autorizado)

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LEYENDA ESQUEMA DE EQUIPAMIENTO MECÁNICO

VG VC VCK VA VRB B PT QT M IP DP DS ST EM SV SC A AC T/TB UPS SS.GG. PLC TO M.E. VGA IPn S.CP. CNn E.C S.T

Válvula de guardia tipo mariposa Válvula de control proporcional Válvula check Válvula de aire triple acción Válvula de control de bomba Equipo de bombeo Transmisor de Presión Transmisor de Caudal Manómetro Interruptor de presión Disyuntor principal Disyuntor secundario Supresión de Trasciendes Medidor de Energía Supervisor de voltaje Supervisor de corriente Arrancador electrónico suave Arrancador benco de condensadores Tablero de Control de Transformador de baja tensión (SS.GG.) Unidad de energía ininterrumpida Sistema de servicios generales Controlador lógico programable Terminal operador Medidor de energía Válvula golpe de ariete Interruptor de presión Sistema de cloro Control de nivel Equipo de comunicación Pararrayos de baja tensión

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8.4.

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SISTEMAS DE MEDICIÓN Y CONTROL

La sala en donde está ubicada la zona de operación y control debe ser independiente de la sala de equipos de bombeo, debiendo existir línea de vista entre ambas zonas. 8.4.1 Instrumentación Los dispositivos de control deben medir en todo momento las condiciones del sistema en vacío y operación, detectando las fallas y coordinando protecciones. Estos dispositivos deben ser automáticos, reduciendo al máximo la intervención del operador en las labores de medición. Todos estos equipos serán de última tecnología y sus protocolos de comunicación compatibles con equipos instalados con anterioridad. Como mínimo, deben colocarse los siguientes dispositivos de control: • • • • • • • • • • • • • • •

Medidor de energía con capacidad de almacenamiento de datos. Panel operador con historial de fallas, almacenamiento de datos y eventos. Transmisores de datos hidráulicos de operación: presión, caudal, nivel de succión, nivel de descarga, etc. Sensores de nivel de succión y descarga. Sensor de caudal. Sensores de presión analógicos y digitales. Protección electrónica de corriente. Protección electrónica de voltaje. Supresor de transientes en circuito de fuerza y control. Pararrayos de baja tensión en ingreso de energía. Arrancadores (Soft-start o drive), según la aplicación. Sistema de corrección de factor de potencia, automático y/o manual. Sistema de comunicaciones, control y supervisión. Transformador de servicios generales. Sistema de protección de corto circuito y seccionamiento.

El diseño deberá contemplar los requerimientos técnicos y operativos que requiera la EMAAP-Q para la operación automática de los equipos de bombeo. En la figura No. 8.2 anexa se muestra un esquema típico de sistema de control para una estación de bombeo y en la figura No. 8.4 se muestra el mismo esquema típico para un bombeo de pozo. 8.4.2 Sala de control e integración con sistema SCADA Los sistemas de medición deben transmitir los datos a la sala de control, en la cual se ubicarán tableros que indiquen las condiciones de operación de la estación, tomando en cuenta la compatibilidad entre ellos. Como mínimo, los tableros deben incluir información sobre: el caudal instantáneo, presiones, el nivel del agua en el tanque de succión o niveles del pozo profundo,

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temperatura, potencias, factor de potencia, voltajes y amperajes, frecuencia, estado de los equipos, listado de alarmas y fallos, entre otros. Así mismo, en la sala de control deben disponerse los interruptores y mecanismos que permitan poner fuera de servicio cualquier elemento relacionado con el sistema de bombeo. En aquellas estaciones donde la EMAAP-Q requiera la implementación de un sistema automático de operación, toda la instrumentación para medición y control operativo de la estación de bombeo debe ser compatible con este sistema y deben cumplirse las especificaciones que defina la EMAAP-Q, para tal fin, sin olvidar que en su implementación se debe tomar en cuenta la migración a nuevas tecnologías.

8.5

INSTALACIONES COMPLEMENTARIAS

Toda estación de bombeo debe tener las siguientes instalaciones complementarias: 8.5.1 Instalaciones Eléctricas Las instalaciones eléctricas para la acometida de media tensión, la subestación transformadora, la acometida en baja tensión hasta el medidor de energía eléctrica, deben cumplir con las especificaciones técnicas generales que estipulen la Empresa Eléctrica prestadora del servicio y las especificaciones particulares de la EMAAP-Q. La acometida a partir del medidor de energía eléctrica de la Empresa Eléctrica que suministra el servicio, es exclusiva de la estación de bombeo y de instalación subterránea, la misma que llega hasta el tablero principal de fuerza y control. El calibre del cableado debe ser dimensionado de acuerdo a un análisis previo de la carga a ser manejada, debiendo ser siempre de mayor capacidad. Todos los gabinetes eléctricos y equipos de control que se instalen en las estaciones de bombeo deberán tener una protección mínima IP65, su grado se incrementará de acuerdo a la aplicación. En la figura No. 8.2 se muestra un diagrama eléctrico típico de baja tensión para una estación de bombeo y en la figura No. 8.4 se muestra el mismo diagrama típico para un bombeo de pozo. 8.5.2 Señalización La estación debe contar con una señalización visual clara en toda el área, indicando zonas de peligro de media tensión, salidas de emergencia, localización de extintores, áreas de tránsito restringido y demás elementos y actividades que sea necesario resaltar por su peligro potencial o porque resulten importantes en la prevención de accidentes. 8.5.3 Equipos de movilización La estación de bombeo, a partir de 40 HP por equipo debe contar con elementos que permitan el transporte y movilización de maquinaria y equipo, como puentes grúas, teniendo

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en cuenta las siguientes disposiciones: 1. La capacidad del equipo deber ser suficiente para mover el elemento de mayor peso que deba ser transportado. 2. El desplazamiento del puente grúa debe ser bidireccional, con accionamiento eléctrico y manual, para permitir en todo momento el retiro, movilización y reposición de cualquier elemento de la estación. 3. Deben ser previstos los accesos necesarios en la casa de bombas, de manera que permitan el manejo adecuado de los equipos en las labores de mantenimiento, retiro o reposición de elementos de la estación, permitiendo el ingreso libre de vehículos de carga sin poner en riesgo al personal y otros equipos que se encuentren en dicha estación. 8.5.4

Aislamiento acústico

En caso de que puedan presentarse incomodidades para los vecinos de la estación por ruido excesivo durante la operación, debe diseñarse un sistema de aislamiento acústico de la estación. Cuando exista, la sala de operación y control debe tener aislamiento acústico de esta con la sala de bombas. 8.5.5 Ventilación Todas las salas, compartimientos, pozos y otros recintos cerrados por debajo del nivel del terreno, que puedan presentar un aire perjudicial, deben tener ventilación artificial forzada, realizando un mínimo de 6 cambios completos de aire por hora, cuando la ventilación es continua, y 30, cuando es intermitente. Los controles de ventilación forzada podrán ser accionados manualmente desde afuera del recinto o automáticamente, por medio de sensores, cuando se detecten concentraciones perjudiciales de gases en el aire. 8.5.6 Drenaje de la estación Deben ser previstos uno o dos pozos de drenaje, hacia los cuales debe conducirse el agua de fugas o lavado, por medio de una pendiente muy suave en el piso de la sala de bombas. Cuando el drenaje no pueda ser evacuado por gravedad, deben disponerse bombas para tal fin. Estas bombas deben accionarse automáticamente por sensores. El diámetro de la tubería de drenaje de la estación debe ser 4 unidades mayor al diámetro de la tubería de impulsión. 8.5.7 Accesos y escaleras Entre los diferentes pisos deben colocarse escaleras seguras y apropiadas que permitan la movilización del personal y los equipos necesarios. En caso de falta de espacio, deben

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usarse escaleras metálicas con barandilla, peldaños amplios y piso antideslizante. 8.5.8 Iluminación La estación debe estar debidamente iluminada en su interior y exterior por luz natural y artificial, evitando la utilización de aparatos que puedan provocar ilusiones ópticas. Debe existir un sistema de iluminación de emergencia en caso de falla del suministro eléctrico. Las características técnicas de los elementos de iluminación deben ser analizados y posteriormente elegidos dependiendo de los requerimientos propios de cada instalación. 8.5.9 Instalaciones hidráulicas y sanitarias Debe proveerse un tanque con capacidad adecuada para atender las necesidades de agua potable en la estación de bombeo. Debe contarse con las instalaciones sanitarias adecuadas para el uso del operador de la estación. Las aguas residuales provenientes de lavado de equipos y limpieza deben ser recogidas por un sistema adecuado que las conduzca hasta un sitio seguro, desde el punto de vista sanitario.

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TITULO 9: TANQUES DE ALMACENAMIENTO

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TITULO 9: TANQUES DE ALMACENAMIENTO

ÍNDICE Página 9.

TANQUES DE ALMACENAMIENTO ..................................................................183

9.1 CONSIDERACIONES GENERALES ..................................................................183 9.1.1 Localización de tanques ................................................................................. 183 9.1.2 Facilidades de mantenimiento ........................................................................ 183 9.1.3 Seguridad y restricción de acceso .................................................................. 184 9.2 ESTUDIOS PREVIOS........................................................................................184 9.2.1 Concepción del proyecto ................................................................................ 184 9.2.2 Análisis de costo mínimo ................................................................................ 185 9.2.3 Estudio de la demanda y Curvas de demanda horaria................................... 186 9.2.4 Trazado de la red y delimitación de zonas de presión.................................... 186 9.3 PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO ........................................................186 9.3.1 Período de diseño........................................................................................... 186 9.3.2 Número de tanques ........................................................................................ 187 9.3.3 Caudal de diseño............................................................................................ 187 9.3.4 Volumen de diseño ......................................................................................... 187 9.4 PARÁMETROS DE DISEÑO PARA DISPOSITIVOS ANEXOS .............................187 9.4.1 Entrada de agua al tanque ............................................................................. 187 9.4.2 Salida de agua del tanque .............................................................................. 188 9.4.3 Rebose ........................................................................................................... 188 9.4.4 Control de nivel ............................................................................................... 189 9.4.5 Medición de caudal ......................................................................................... 189 9.4.6 Sistema de drenaje ......................................................................................... 189 9.4.7 Obras complementarias.................................................................................. 189

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 9: TANQUES DE ALMACENAMIENTO

9.

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TANQUES DE ALMACENAMIENTO

El objetivo de este Título es definir los requisitos mínimos y las condiciones básicas que deben cumplir los tanques de almacenamiento y reserva que se diseñen como parte de un sistema de agua potable; indicando aspectos relativos a consideraciones generales, estudios previos y diseño; incluidas sus obras anexas y complementarias.

9.1

CONSIDERACIONES GENERALES

Los tanques de reserva serán semienterrados, cubiertos, de forma rectangular, y se construirán con hormigón armado. La EMAAP-Q tiene definido los siguientes volúmenes de tanques tipo, de los cuales posee los diseños típicos: 250 m3, 500 m3, 1.000 m3, 2.000 m3, 3.100 m3, 5.000 m3 y 9.000 m3. El diseñador justificará y diseñará otro tipo de tanques previa aprobación de la EMAAP-Q. Los principales aspectos que se deben tener en cuenta en los diseños son: 9.1.1 Localización de tanques Para la ubicación de los tanques deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 1. Es conveniente que se ubique un tanque inmediatamente aguas abajo de las plantas de tratamiento, para garantizar la flexibilidad operativa de esta y brindar los tiempos de retención al proceso de desinfección. El volumen de este tanque debe cumplir lo estipulado en el numeral 2.6.6 “Volúmenes de almacenamiento- planta de tratamiento”. 2.

El tanque debe localizarse en la cota prevista por las zonas de presión definidas por la EMAAP-Q, garantizando la presión mínima requerida en la red de distribución.

3.

El área para el emplazamiento del tanque no podrá situarse en zonas que presenten drenaje natural de agua lluvia o que sea susceptible de inundaciones. En caso de que exista la posibilidad del paso de agua lluvias en las cercanías del tanque, deben evitarse infiltraciones hacia el interior del tanque.

5.

Si el tanque es enterrado o semienterrado, debe estar alejado de cualquier fuente de contaminación, tales como pozos sépticos, depósitos de basuras, letrinas, sumideros, corrales, etc. y debe tener cubierta.

6. Se debe disponer de espacio suficiente para tener cámaras de válvulas de entrada y salida del tanque en forma independiente; en lo posible por costados opuestos de las paredes del tanque. 9.1.2 Facilidades de mantenimiento El tanque debe diseñarse de tal forma que puedan realizarse labores de mantenimiento con el mínimo de interrupciones, teniendo en cuenta las siguientes disposiciones:

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NORMAS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE – EMAAP-Q TITULO 9: TANQUES DE ALMACENAMIENTO

1.

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El tanque debe tener como mínimo dos compartimientos que puedan operar en forma independiente.

2. Cada módulo del tanque debe estar provisto de válvulas para el cierre de las tuberías de entrada, de las tuberías de salida, descarga de fondo y rebose que permitan sacar de servicio un módulo para limpieza o reparación, sin afectación del servicio. 3.

Los dispositivos para el cierre de las tuberías de entrada y salida deben ser instalados dentro de cajones independientes de concreto, que protejan las válvulas y faciliten su operación.

4.

El diseño debe prever la forma de lavado del tanque y mantenimiento periódico, sin afectación del servicio.

5. Se debe prever dentro del diseño del tanque la posibilidad de instalar un sistema de desinfección (cloración). 9.1.3 Seguridad y restricción de acceso El tanque debe estar localizado en terrenos no susceptibles de deslizamientos o inundaciones. Además, debe ser estable con respecto a la calidad del suelo de cimentación y a fallas de origen geotécnico o geológico. Igualmente, la estructura debe ser estable para el sismo de diseño correspondiente a la zona de amenaza sísmica en que se encuentre ubicado el tanque. Deben tomarse las medidas de seguridad necesarias mediante cercados, vías de acceso restringidas, vigilancia o cualquier otra forma, para evitar el acceso de personas ajenas a aquellas encargadas de la operación y/o mantenimiento.

9.2

ESTUDIOS PREVIOS

El diseñador debe efectuar estudios básicos antes de llevar a cabo el diseño del tanque, con el fin de determinar las condiciones de diseño, la relación dentro de un sistema de agua potable, la capacidad y los criterios de operación. Además del procedimiento general para el desarrollo del proyecto previsto en el Titulo 1 de estas Normas, el diseño conceptual y el diseño definitivo de un tanque de almacenamiento deben cumplir con la realización de los siguientes estudios básicos: 9.2.1 Concepción del proyecto Un tanque de almacenamiento o reserva tiene la función de almacenar agua y compensar las variaciones entre el caudal de entrada y el consumo a lo largo del día. Por tanto, durante la concepción, el diseñador debe establecer las necesidades de demanda y las variaciones del consumo a lo largo del día, para definir la magnitud del almacenamiento requerido. Así mismo, debe determinar las zonas de presión en la red de distribución, y fijar los niveles de agua requeridos para mantener los valores de servicio (caudal y presión) dentro de ella. Un tanque de almacenamiento debe cumplir las siguientes funciones dentro del componente de distribución de un sistema de agua potable:

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1.

Suministrar agua potable a los consumidores en la cantidad necesaria.

2.

Suministrar suficiente agua en caso de ocurrir situaciones de emergencia, tales como incendios, interrupciones por daños en la aducción, conducción o estaciones de bombeo (Volumen de emergencia).

3.

Compensar las variaciones de los consumos que se producen durante el día (Volumen de compensación o reserva).

4. Fijar la presión en el área de servicio de la red de distribución. El diseñador debe conocer y evaluar los siguientes puntos desde la etapa de conceptualización: -

Definición del área de servicio.

-

Recopilación de información y proyecciones de población y demanda de agua para el área de servicio.

-

Elaboración de la curva de consumo, teniendo en cuenta los factores horarios de demanda.

-

Determinación del volumen de almacenamiento necesario para el tanque o tanques de reserva del sistema.

-

Localización en planta de los sitios de los tanques.

-

Estudio de suelos para definición de las condiciones de cimentación del tanque.

-

Definición de los niveles máximo útil, mínimo útil y de rebose.

-

Prediseño de los sistemas de drenaje.

-

Localización de las conducciones de entrada, de salida y de rebose (cámaras de válvulas, estructuras de control y otros).

-

Definición preliminar del sistema de control del tanque.

-

Determinación de la forma del tanque y predimensionamiento de sus componentes.

-

Elaboración de planos de excavación y rellenos.

-

Dimensionamiento estructural del tanque.

-

Elaboración de memorias de cálculo y planos, que incluirá la justificación y descripción del proyecto y sus alternativas, si las hubiere.

-

Lista de Cantidades y Presupuesto preliminar.

9.2.2 Análisis de costo mínimo Debe identificarse y justificarse la expansión económica por etapas de construcción, de acuerdo con la proyección de demanda de agua y almacenamiento requerido en todo el

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período de diseño, y usando un análisis de costo mínimo. Deben definirse las etapas de ampliación, indicando en cada una la capacidad del tanque y las necesidades de regulación. Además, debe disponerse del espacio suficiente para la construcción de una futura ampliación, previendo el menor número de interrupciones en el servicio de los tanques ya construidos. En caso de que el tanque tenga alimentación desde un sistema de bombeo, el análisis debe considerar en conjunto el sistema de bombeo, la tubería de impulsión y el almacenamiento. En caso de que se proyecte un tanque y una red de distribución nueva, los niveles del tanque para suministrar presiones adecuadas deben fijarse con un criterio de optimización de la red de distribución, buscando encontrar una solución del menor costo de todo el conjunto. 9.2.3 Estudio de la demanda y Curvas de demanda horaria El diseñador debe conocer el estudio de la demanda de agua para la localidad o zona del estudio, o en su defecto debe realizar este estudio, siguiendo lo establecido en el Titulo 2 “Estudio de Población, Dotación y Demanda de Agua”. Para el análisis de sistemas con redes existentes o para ampliaciones de zonas de servicio, debe contarse con curvas de demanda horarias propias de la población servida. Para zonas de servicio nuevas, que no posean información directa de curvas de demanda, los datos para elaborar las curvas de demanda horarias pueden pertenecer a otra zona del sistema que presente características semejantes, en términos de nivel socioeconómico, de costumbres y de clima. Estas curvas se obtendrán de acuerdo a lo definido en el numeral 2.5 “Coeficientes de variación de la demanda”. Para los estudios de ampliación de las redes de distribución, se tiene que conocer la simulación de las redes existentes, por lo cual la dependencia encargada de la EMAAP-Q suministrará la información respectiva. 9.2.4 Trazado de la red y delimitación de zonas de presión Deben conocerse las diferentes zonas de presión establecidas en la red de distribución, al igual que la presión requerida para cada una de ellas. Debe estudiarse el trazado de la red para asegurar compatibilidad entre los niveles del tanque y la presión en diferentes puntos de la red.

9.3

PARÁMETROS DE DISEÑO HIDRÁULICO

9.3.1 Período de diseño El período de diseño para los tanques de reserva debe ser compatible con el usado en las redes de distribución; por lo tanto será de 30 años. Cuando los tanques se construyan por etapas, cada vez que se vaya a construir una nueva etapa deben reevaluarse las condiciones de volumen de almacenamiento requerido, verificando que se estén cumpliendo las estimaciones del crecimiento de la demanda de agua y la curva supuesta de variación de la demanda horaria.

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9.3.2 Número de tanques El número de tanques debe determinarse según los requerimientos de presión y almacenamiento previstos para la red de distribución. En todos los casos, la red de distribución debe tener como mínimo dos tanques o al menos uno con dos módulos o compartimentos iguales, que operen en forma independiente ante la posibilidad de que uno de ellos quede fuera de servicio y/o para facilitar las labores de mantenimiento y limpieza sin suspender el servicio. 9.3.3 Caudal de diseño. El tanque y sus estructuras anexas deben proveer el caudal máximo horario (QMH) previsto para la zona de servicio al final del año horizonte de diseño. 9.3.4 Volumen de diseño El volumen de almacenamiento de un sistema de reserva de agua potable debe ser determinado a partir de la suma de los siguientes volúmenes:

9.4

-

Volumen de regulación: debe corresponder al producto del volumen diario de la demanda media, al final del período de diseño, por el coeficiente de compensación obtenido de la curva de variación horaria de la demanda (numeral 2.5.5 “Coeficiente de compensación” del Titulo 2, de estas Normas).

-

En todos los casos debe dejarse un borde libre con el fin de permitir la ventilación del tanque. Se recomienda un borde de 0,30 m como mínimo.

PARÁMETROS DE DISEÑO PARA DISPOSITIVOS ANEXOS

9.4.1 Entrada de agua al tanque Cada una de las tuberías de entrada de agua a cada celda o módulo del tanque debe cumplir con las siguientes disposiciones: 1.

La entrada de agua al tanque debe ubicarse por la parte superior y en lo posible por el costado opuesto a la tubería de salida.

2.

La entrada de agua debe ser dotada de una válvula reguladora de caudal y antepuesta de una válvula de guardia. Debe analizarse en detalle que se reduzca al mínimo la cavitación en la válvula reguladora.

3. La entrada debe colocarse, respecto a la salida, de tal forma que permita la circulación y reduzca la posibilidad de zonas sin flujo en el tanque. 4. En la entrada del agua por la parte superior debe amortiguarse el impacto de la caída del agua sobre el fondo del tanque cuando éste se encuentre vacío, para evitar la erosión de la placa de fondo.

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5.

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Deben minimizarse las pérdidas de energía a la entrada del tanque.

9.4.2 Salida de agua del tanque La salida de agua del tanque debe cumplir con las siguientes disposiciones: 1.

La salida de agua del tanque debe ser independiente de la entrada y deben evitarse zonas sin flujo en el tanque.

2. De ser posible, la salida debe colocarse opuesta a la entrada. En caso de no ser posible, deben colocarse mamparas o muros dentro del tanque para lograr una mejor circulación del agua. 3.

El diámetro de la tubería de salida aguas abajo de la cámara de válvulas será equivalente al diámetro de la tubería matriz de distribución o de la tubería de conexión a la zona de servicio.

4.

El sistema de salida debe minimizar las pérdidas de energía, evitando superar un valor de 0,50 m en la línea piezométrica.

5.

Debe evitarse la formación de vórtices al operar el dispositivo de salida para cualquier nivel de agua dentro del tanque, desde el nivel máximo hasta el nivel mínimo de operación.

6.

Cada tubería de salida de agua debe ser dotada de una válvula de mariposa de cierre manual y automático que pueda maniobrarse desde la parte externa del tanque. Después de la válvula de cierre de salida debe existir un dispositivo que permita la entrada de aire en la tubería, cuando éste se cierre (ventosa o válvula de aire).

7.

En la tubería de salida, aguas abajo de la unión de los ramales de salida de cada módulo del tanque, se deberá colocar un medidor de caudal de salida acorde a las especificaciones indicadas por la EMAAP-Q.

9.4.3 Rebose Todo tanque de reserva debe tener un sistema de rebose, con el fin de evacuar los posibles caudales de exceso. El rebosadero debe estar dimensionado para evacuar el caudal máximo de entrada, cumpliendo con los siguientes requisitos: 1.

El rebose debe descargar por medio de un vertedero en una cámara independiente tan próxima al tanque como sea posible, y de allí debe ser evacuado a la tubería de desagüe.

2.

El pozo de recolección de los desbordes debe tener una válvula de clapeta en su parte inferior con el fin de evitar la entrada de animales y basura y el regreso de gases al tanque.

3.

El rebose no debe limitar la capacidad de almacenamiento del tanque, asegurando que se obtenga el nivel máximo esperado.

4. La cámara receptora de la tubería de rebose, debe estar dimensionada de tal forma que no ocurra rebose en ella.

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5. Cuando se presenta rebose, el borde libre en las paredes del tanque debe ser de 0,10 m como mínimo, evitando cualquier presión sobre la tapa del tanque. Las paredes del tanque deben estar diseñadas para soportar esta carga adicional. 9.4.4 Control de nivel El tanque debe estar provisto de un sistema indicador de nivel y de cierre en la entrada, que elimine la posibilidad de rebose. El dispositivo de control de nivel no debe dañar la calidad del agua. El sistema de cierre debe ser automático, recomendando sistemas de telemetría conectados al controlador de nivel y alarma sonora en el centro de operaciones o control. Se pueden utilizar válvulas accionadas por flotador. En algunos sistemas de apreciable magnitud, la EMAAP-Q puede solicitar la instalación de un sistema de telemetría que permita conocer el nivel de agua en el tanque, en forma continua. 9.4.5 Medición de caudal Deben colocarse medidores totalizadores en la tubería de salida del tanque, que permitan determinar los volúmenes suministrados en forma diaria a las zonas de servicio, así como las variaciones de los caudales a lo largo del día. En algunos sistemas de apreciable magnitud, la EMAAP-Q puede solicitar la instalación de un sistema de telemetría que permita conocer el caudal suministrado en cualquier instante. 9.4.6 Sistema de drenaje Por debajo del fondo del tanque debe construirse un sistema de drenaje para captar las fugas que se presenten a través de su fondo y paredes y/o en tuberías de entrada y salida al tanque, descargando en una o más cámaras de recolección, donde sea posible visualizar la ocurrencia y magnitud de las fugas. El sistema de drenaje del fondo debe ser independiente del sistema de drenaje del terreno que circunda el tanque. El agua proveniente del sistema de drenaje debe ser evacuada y entregada a la tubería de desagüe y lavado del tanque. 9.4.7 Obras complementarias Impermeabilización: Las paredes y el fondo deben ser impermeables y el material expuesto al agua debe ser resistente a los ataques químicos y a la corrosión. Ventilación: Deben proveerse ductos de ventilación que permitan la entrada y salida de aire, con una malla de 5 mm para evitar la entrada al interior del tanque de insectos y otros objetos.

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Los ductos de ventilación deben tener una capacidad de flujo igual al caudal máximo de entrada de agua o de salida por la tubería de desagüe, el que resulte mayor. Cubierta: Todo tanque debe contar con una cubierta, la cual debe ser impermeable, continua y opaca y tener una capa reflectiva para evitar calentamiento interior. Deben cumplirse las siguientes disposiciones: 1. Sobre la cubierta debe colocarse una capa adicional de algún impermeabilizante que se adhiera a ella. 2. La cubierta debe estar inclinada a una o dos aguas, con una pendiente no inferior al 2%, con el fin de evitar encharcamiento en su superficie. 4. Si sobre la cubierta se tiene previstos jardines, canchas deportivas o zonas de tránsito de peatones, la cubierta debe estar protegida con una capa de drenaje. Esta condición debe tenerse en cuenta en el diseño estructural. Acceso al interior: Cada módulo del tanque debe contar, por lo menos, con una tapa con cierre hermético para su inspección interior, ubicada sobre la cubierta, con una dimensión mínima de 0,6 m o igual a la que permita la entrada de equipos de mantenimiento. Debe contarse con escaleras internas y externas de un material que no afecte la calidad del agua. Es recomendable que el acceso se ubique encima de los equipos existentes en el tanque y cerca de las paredes. Iluminación: No se permite la entrada de luz natural hacia el interior del tanque, salvo en las labores de observación, limpieza y mantenimiento. En caso de ser necesaria iluminación artificial, ésta debe ser por medio de bombillos e instalaciones a prueba de humedad.

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