Proyecto Distribución Agua Potable - Grupo 2

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable Hidráulica Urbana Jaime Allende – Samuel Jorquera – Sebastián Palma – Miguel Ángel Rodríguez Lunes 11 de Mayo

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Tabla de contenido 1.

Introducción ................................................................................................................................ 2

2.

Objetivos ..................................................................................................................................... 2

3.

Diseño de Captación.................................................................................................................... 3 3.1 Descripción del área de proyecto.............................................................................................. 3 3.1.1 Características geográficas ................................................................................................. 3 3.1.2 Características socioeconómicas ........................................................................................ 4 3.1.3 Población ............................................................................................................................ 5 3.1.4 Población futura de Diseño ................................................................................................ 6 3.1.5 Población de diseño ........................................................................................................... 9 3.2 Cálculo de dotaciones de diseño (coeficientes de demanda, etc.) ........................................... 9 3.2.1 Dotación de Consumo ........................................................................................................ 9 3.2.2 Dotación de producción ................................................................................................... 11 3.3 Cálculo de caudales de diseño y comparación de esos caudales con caudales disponibles en la fuente de agua........................................................................................................................... 13 3.3.1 Caudales de Diseño .......................................................................................................... 13

4.

Diseño de la obra de captación ................................................................................................. 19 4.1 Diseño de Vertederos .............................................................................................................. 19 4.2

5.

Diseño de la tubería de aducción ...................................................................................... 23

Diseño de Red de Distribución .................................................................................................. 26 5.1 Diseño del tanque de abastecimiento .................................................................................... 26 5.2 Diseño de la red de distribución (EPANET) ............................................................................. 30 5.2.1 Red de distribución .......................................................................................................... 30

6.

Conclusiones.............................................................................................................................. 35

7.

Bibliografía ................................................................................................................................ 36

Anexo A: Tablas De Presiones Nodos ................................................................................................ 37 Anexo B: Tablas De Presiones Nodos ................................................................................................ 39

1

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

1. Introducción En el siguiente informe, se realiza el diseño completo de un sistema de abastecimiento de agua potable para una determinada área. En este sistema se incluye el sistema de captación, conducción, regulación y distribución. Para dicha área, se realizó en primera instancia un estudio de todas las variables demográficas, económicas y sociales de forma de estimar y definir los conceptos, las estadísticas y los coeficientes que se indican en la norma NCH0691-1998.4.1. Esta información se obtuvo de diversas fuentes tales como AGUAS ANDINAS S.A., la Súper Intendencia de Servicios Sanitarios, la ilustre Municipalidad de Pirque y la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, entre otros los cuales son mencionados dentro del informe. La red debe ser diseñada de tal manera de satisfacer la necesidad estimada de la población de diseño, cubriendo las demandas variables máximas en las horas de máximo consumo (Consumo máximo horario) para lo cual se diseña un estanque de regulación entre la captación y la red de distribución, el cual tiene la función de almacenar un volumen de compensación entre caudales producidos y consumidos.

2. Objetivos El objetivo principal de este proyecto es conocer en detalle el procedimiento que se debe realizar para diseñar un sistema de abastecimiento, todos los pasos incluyendo las estimaciones que se llevan a cabo para obtener los resultados esperados. Acercar al estudiante con las normas chilenas que regulan tanto el procedimiento general para diseñar el sistema NCH0691, como los componentes del sistema de captación NCH_777. Realizar diseños y cálculos en softwares especializados para el área hidráulica, de manera de tener un entendimiento de los datos que ingresan al software y los resultados que entrega, cuáles son las variables que modifican los parámetros requeridos por la norma y en qué orden de magnitud se encuentran. Adquirir vocabulario necesario para comunicarse con profesionales del área en futuros proyectos hidráulicos, obteniendo las herramientas básicas para poder desenvolverse correctamente como ingenieros civiles.

2

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

3. Diseño de Captación 3.1 Descripción del área de proyecto 3.1.1 Características geográficas Pirque es una comuna de la región metropolitana de Santiago perteneciente a la provincia de Cordillera, ubicada a 21, 3 Km del centro de Santiago. Las comunas fronterizas son: al norte, Puente Alto; al oriente, San José de Maipo; al poniente; Buin y Paine y al sur, la sexta región del libertador Bernardo O´Higgins.

Su altitud varía entre 650 y 2900 metros sobre el nivel del mar. Su superficie comunal alcanza a las 44952 Hás, que representan el 2,92% del territorio de la región Metropolitana y aproximadamente, el 7% de la superficie de la provincia de la que forma parte. En cuanto la superficie poblada, esta alcanza cerca del 34,3 % de su territorio quedando el resto como un vasto espacio de relieves cordilleranos inhabilitados (65,7%) El sistema hidrográfico de la región metropolitana está representado por la hoya del Maipo. Tiene una extensión de 15.830 kilómetros cuadrados. Su escurrimiento posee un caudal medio anual de

. En su curso medio, el río Maipo recibe a los ríos clarillo y

angostura. El primero de ellos desagua una hoyada lateral en donde se encuentra el embalse Pirque. El área en estudio, corresponde a la unidad Río Clarillo que está ubicada en la comuna de Pirque, provincia de la Cordillera de la región Metropolitana. Esta reserva fue creada en 1982. Su superficie abarca 13.185 hectáreas, con un relieve de profundos valles y grandes alturas, las que oscilan entre los 850 y 3.500 msnm.

El sistema hidrográfico de la cuenca de Río Clarillo está conformado por dos cuencas mayores: cajón de los Cipreses y cajón del Horno, cuya confluencia a los 1100 metros sobre el nivel del mar originan el Río Clarillo, con una extensión de 8,6 km hasta el límite nor-poniente de la unidad. Río Clarillo, al igual que río Maipo, es mixto combinando el régimen pluvioso en épocas invernales, que aumentan visiblemente su caudal, con el nivoso, esencialmente con deshielos primaverales que se mantienen luego durante todo el verano. En cuanto a vertientes menores se caracterizan las de exposición norte, que muestran un grado menos de cobertura vegetal con una alta velocidad de escurrimiento. El periodo seco es de siete meses más o menos, y el período de lluvias se produce durante los meses de invierno. La temperatura en enero es de 24°C y en julio de 11°C. El Río Clarillo es el eje de este parque, y sus aguas cristalinas abastecen a 2 comunas de provincia de Cordillera, Pirque y Puente Alto.

3

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Figura n°1.mapa turístico Reserva Nacional Río Clarillo 3.1.2 Características socioeconómicas La población con que actualmente cuenta la comuna de Pirque según el censo 2012 es de 20732 habitantes, con 9023 habitantes considerados como población urbana y 11700 habitantes como condición rural; por ende, basa su principal componente económico es la agricultura. En ganadería, es posible encontrar crianza de ganado vacuno, porcino y avícola. Esta actividad deriva en producción de carnes rojas, cecinas, carnes blancas y huevos. En agricultura, existen siembras de hortalizas y frutas con numerosos viñedos destinados a la elaboración de vino, en esta comuna se encuentra el hermoso complejo de la Viña Concha y Toro. En su área turística, se encuentra en su territorio la Reserva Nacional de Río Clarillo, donde la población tiene lugares de camping y de baño, se debe pagar una entrada de muy bajo costo y el recinto se encuentra a cargo de Conaf. El recinto donde se encuentra la Viña Concha y Toro posee un bellísimo parque y una casona muy antigua pero muy bien conservada, existen bodegas subterráneas donde descansan en enormes pipas, las diferentes variedades de vino y en un lugar protegido por gruesas rejas y grandes candados, se encuentra el lugar donde descansan cientos de botellas de los vinos Casillero del Diablo. Es posible visitar la Viña con autorización. En el ámbito de los ingresos, a Abril 2013, se estima que la renta promedio mensual es de aproximadamente 597,3 mil pesos, cifra menor al promedio regional ( 632,9 mil pesos) y mayor al nacional (563, 4 mil pesos) 4

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

3.1.3 Población De acuerdo al Instituto Nacional de Estadísticas, se entiende como una entidad urbana como “conjunto de viviendas concentradas con más de 2000 habitantes, o entre 1001 y 2000 habitantes, con el 50% o más de su población económicamente activa, dedicada a actividades secundarias y/o terciarias.” Por ende, se destaca que la población en estudio para este proyecto será considerada como urbana para efectos de diseño. De acuerdo a los datos entregados por el censo 2002, la población con que contaba Pirque era de 16565 habitantes, en una superficie de 445, 3 km2. De acuerdo a estos antecedentes, se cuenta con que la densidad de población, que indica la población que habita en una zona por unidad de superficie territorial de dicha zona, era de 42,01

.

Para el cálculo de la población inicial con que estudiara el sector de Río Clarillo, se utiliza la herramienta de Google Earth, que delimita el área en estudio. En relación a la imagen se delimita una superficie y con la densidad antes citada, se obtiene la cantidad de habitantes de la zona, que asciende a una población de 6545 habitantes.

Figura n°2. Área delimitada para sector en estudio.

5

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

3.1.4 Población futura de Diseño La determinación de la población futura tiene grande dificultades en nuestro continente en la actual época en que el crecimiento es sumamente acelerado. No tiene mucho valor por lo tanto estudios matemáticos con complicadas formulas y siempre se debe usar el buen criterio y los antecedentes que se tenga sobre las posibilidades socioeconómicas de la población en estudio. Esto es más cierto en los pueblos pequeños y aldeas donde lo más prudente es muchas veces tomar En todo proyecto de Hidráulica Urbana es necesario prever la población futura que se va a servir con las obras. Para esto, es necesario contar con estudios estadísticos a base de censos. La base de cálculo para el presente proyecto serán los datos entregados por el censo 2002 y con una proyección hacia el año 2012. De acá, se desprende la tasa de crecimiento en porcentaje de la población, la cual asciende a un 46%. Como los años en estudio son 10, la variación anual de la población en el sector de Pirque será de un 4,6% anual, la cual se utilizará para proyectar la cantidad de habitantes futura del sector de río Clarillo.

Tabla n°1.Proyecciones al 30 de junio de 2013, basadas en censo Población 2002.

Gráfico n°1. Tasa de crecimiento de Pirque de acuerdo a Censo 2002 y proyección de Población 2012, Instituto Nacional de estadísticas INE

6

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Para la previsión de la población futura existen varios métodos. De acuerdo a los datos aportados por el Instituto Nacional de Estadísticas y su proyección de la población chilena hacia el año 2050, ésta llegará a los 20.205.00 habitantes. De esta forma, crecerá 31,2% en los próximos 50 años, variación que contrasta con los observado entre 1950 y 2000, período en que aumentó en 153,2%. De acuerdo a lo que muestra el grafico n°2, en 35 años, entre 1950 y 1985, la población chilena se duplico pasando de aproximadamente 6 millones de habitantes a poco más de 12 millones. A futuro, según el crecimiento estimado para 2000-2005, se calcula que tendrían que pasar 63 años para que los 16 millones de habitantes que residen actualmente en el territorio, se dupliquen. Se destaca por lo tanto, que la población habría crecido anualmente a un promedio de 1,1% en el último quinquenio.

Gráficon°2. Proyección de población chilena 1950-2050. Por lo tanto, y de acuerdo a los antecedentes expuestos, el método utilizado para el cálculo de la población futura del sector de Río Clarillo será una proyección lineal de los habitantes iniciales, de acuerdo a lo entregado por el censo 2002.

Dónde: = población futura = población inicial del sector = periodo de diseño = variación porcentual 7

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Para el cálculo de la población inicial, , se considera los valores entregados por las proyecciones basadas del censo 2002, ocupando una tasa de crecimiento poblacional del 4,6%, una población estimada al año 2012 de 25180 habitantes, un valor de área de estudio de 1205312.66 m2 y la superficie total de Pirque (445, 3 km2). Realizando los cálculos respetivos, resulta:

Sin embargo, este resultado dista mucho de lo esperado, ya que la población de diseño sería aproximadamente:

La población de diseño para la cual se modela el abastecimiento del sector de Río Clarillo dista mucho de la esperada, ya que no es factible hacer un proyecto de esta envergadura para un valor tan marginal de población. Esto nos lleva a buscar un método alternativo de estimación para población inicial. Se considera un sector relativamente similar al analizado previamente, en el que ya exista una densidad poblacional suficiente que cumpla con las exigencias de diseño. Para lo anterior, se toma como base de cálculo una cantidad de aproximadamente 1000 casas, en las que residan una cantidad de 3,68 personas por hogar, que es el valor de habitantes por vivienda en la Región Metropolitana del año 2002, de acuerdo a lo que se muestra en la tabla n° 2.

Tabla n°2.Tasa anual de crecimiento promedio para viviendas y población. Fuente INE 2012 8

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

De acuerdo a lo estipulado y asumiendo un error de cálculo del 1,5%, la población inicial para una área de 1205312.66 m2 resulta 3736 habitantes. Cabe señalar que este valor es más acorde con lo esperado, en comparación al obtenido por el otro método.

-

Periodo de diseño

El periodo de diseño, es el tiempo en el cual se considera que el sistema funcionará en forma eficiente cumpliendo los parámetros, respecto a los cuales se ha diseñado determinado sistema. Por tanto el periodo de diseño puede definirse como el tiempo en el cual el sistema será 100% eficiente. El periodo de diseño, tiene factores que influyen la determinación del mismo, entre los cuales podernos citar:

- Durabilidad de los materiales - Ampliaciones futuras - Crecimiento o decrecimiento poblacional - Capacidad económica para la ejecución de las obras De acuerdo a lo considerado, se estima que el periodo de diseño para las obras de agua potable es de 20 años. 3.1.5 Población de diseño Por lo tanto, y de acuerdo a lo expuesto en los tópicos anteriores, la población de diseño para el Sistema de abastecimiento, resulta:

Para efectos de clientes de agua potable, se considera por vivienda una cantidad de 4 habitantes; por lo que el número de clientes resulta:

3.2 Cálculo de dotaciones de diseño (coeficientes de demanda, etc.) 3.2.1 Dotación de Consumo Se denomina dotación al consumo total de agua potable anual de una población. Se calcula como el cociente entre el volumen facturado anualmente y el promedio de la población abastecida en el año multiplicado por 365.

9

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Existen diversos parámetros que influyen en la demanda de agua potable en función del tiempo en una localidad determinada. Algunos de estos son: - Climáticos - Poblacionales - Infraestructura Sanitaria - Situación socioeconómica - actividades Para el obtener el valor del volumen facturado anualmente, se obtienen los datos por medio de los informes entregados por la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) que da cuenta de forma directa los niveles de operación de las empresas sanitarias. Cabe señalar que en estos informes se hace la diferencia en el tipo de consumo, diferenciando consumos residenciales, otros consumos y consumos no asociado a inmuebles. Por la zona de estudio, la sanitaria que abastece el sector sería la empresa Aguas Andinas, por lo que se obtienen los valores asociados a esta compañía. La tabla n°3 señala los valores antes nombrados. Volumen Facturado anual (VFA) VFm (m3) VF*Cliente Enero 20 333795 Febrero 18.82 314101 Marzo

17.85

297912

Abril

17.79

296911

Mayo

16.94

282724

Junio

15.29

255186

Julio

14.88

248343

Agosto

15.02

250680

Septiembre

15.33

255854

Octubre 15.99 Noviembre 18.1 Diciembre 18.9 VFA(m3)

266869 302084 315436 3419897

Tabla n°3.Muestra el Volumen facturado anual de acuerdo los registro de la SISS Con los valores señalados y utilizando la población del sector en estudio, se obtiene el volumen facturado anual.

10

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Una vez obtenido el volumen facturado anual, es posible determinar la dotación de consumo para el sector en estudio, que resulta ser de

Existen diversos datos sobre el consumo mínimo por habitante, considerando una cierta cantidad para la bebida, aseo, etc... Puede decirse que una dotación mínima para las necesidades domesticas es de De acuerdo al informe de gestión del sector sanitario, la dotación medida en litros por habitante al día se ubica en el 2013 en 138,9 litros por habitante al día, oscilando entre 70, litros diarios por persona en Melipilla Norte y sobre 531 litros diarios promedio en sector atendido por Aguas Manquehue en la Región Metropolitana. La empresa sanitaria que abastece al sector es Aguas Andinas y en relación al informe antes citados, su dotación promedio fue de 143,8 litros, lo que se encuentra dentro de los rangos establecidos previamente y coincide en gran porcentaje con la calculada para el presente proyecto.

Tabla n°4.Muestra la dotación de consumo para la empresa Aguas Andinas. 3.2.2 Dotación de producción Según la norma NCh 691.of98 se define dotación de producción como el cociente entre el volumen de agua producido anualmente medido a la salida del sistema de producción y el promedio de la población abastecida en el año multiplicado por 365.

(

)

En donde:

Volumen de agua producido anualmente Promedio de la población abastecida anualmente Aguas no contabilizadas en porcentaje 11

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

-

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Aguas no contabilizadas

No toda el agua producida llega a ser facturada, debido a pérdidas en las etapas de producción y distribución. De acuerdo a la superintendencia de Servicios Sanitarios considera en general un nivel eficiente de agua no facturada de hasta un 15% en la etapa de distribución y hasta un 5% en la etapa de producción. Sin embargo, el nivel efectivo de perdidas es mayor, puesto que depende de múltiples factores tales como - Factores físicos ( material y antigüedad de las tuberías, tipos de unión, etc.. - Factores ambientales ( tipo de suelo, agua subterránea, etc..) - Factores operaciones ( fugas, presión interna del agua) De acuerdo a la empresa abastecedora de agua potable, se consideró como porcentaje de aguas no contabilizadas un valor de 30,5% al año 2013.

Tabla n°5.Porcentajes de aguas no contabilizadas y su variación para la empresa Aguas Andinas Cabe señalar, que a estimaciones de años anteriores, un 74% del agua no facturada corresponde a pérdidas físicas, estas son las que se originan en la infraestructura. Sin embargo, como lo muestra el grafico n°3 el porcentaje de aguas no contabilizadas para empresas mayores, como es el caso de Aguas Andinas, ha tenido una variación al alza. Lo anterior, se debe a ya las nombras fallas en la infraestructura (fatiga de material, edad de las cañerías, tráfico de vehículos, sismos, etc.), se suman las pérdidas comerciales que corresponden a consumos ilegales por arranques clandestinos, por medidores intervenidos o mal instalados, consumos no medidos debido a incendios o a la apertura de grifos, etc.

12

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Gráfico n°3.Variación porcentual anual de Aguas No Contabilizadas Con los valores obtenidos previamente, es posible calcular la dotación de producción.

(

)

(

)

3.3 Cálculo de caudales de diseño y comparación de esos caudales con caudales disponibles en la fuente de agua 3.3.1 Caudales de Diseño

Las obras de captación, tratamiento, acueductos y cañerías de aducción, es decir los que conducen el agua desde la captación hasta el estanque deben calcularse para el consumo máximo diario. Las obras que van desde el estanque de regulación hasta los consumos deben tener capacidad para el gasto máximo horario. Para lo citado anteriormente, se detalla los procesos y variables involucradas para obtener los valores de los caudales que permitirán diseñar de manera óptima el proyecto de sistema de abastecimiento.

13

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Caudal Medio diario El consumo medio diario lo usamos para evaluar las necesidades anuales de una población, para dimensionar un embalse, para los estudios económicos, determinación de tarifas, etc. Se calcula según la norma Nch691 of.98 como:

-

Cobertura

Las coberturas de servicios sanitarios se calculan respecto de la población que reside en inmuebles a los que se aplican tarifas reguladas para la determinación de su cuenta de servicio (clientes regulados). Lo anterior conforme a la normativa vigente en nuestro país: la Ley General de Servicios Sanitarios (D.F.L. MOP N° 382/88) y su Reglamento (D.S. MOP N° 1199/04), la Ley de Tarifas (D.F.L. MOP N° 70/88) y su Reglamento (D.S. MINECON N° 453/89). La cobertura urbana de agua potable a nivel nacional se mantiene en 99,9% respecto al año 2012. De acuerdo a la empresa abastecedora del sector en Aguas Andinas, este valor aumenta al 100% según lo muestra la tabla n°6

Tabla n°6.Porcentaje de cobertura para la empresa Aguas Andinas Con los valores obtenidos previamente, es posible calcular el caudal medio diario.

Caudal Máximo diario Volumen de agua que se consume en el día de máximo consumo en el mes de máximo consumo. No es constante a lo largo del año, sino que es mayor en los meses de verano y mínimo en los meses de invierno. Mientras más marcadas son las variaciones de temperatura del verano al invierno, mayores son las variaciones de consumo diario. Se calcula como:

14

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Dónde: = factor diario de máximo consumo Este factor según la norma Nch691 of.98 corresponde al producto entre el coeficiente del mes de máximo consumo y el coeficiente del día de máximo consumo .

Dónde: = es el cociente entre el mayor consumo mensual y el consumo medio anual = es el cociente entre el consumo máximo diario y el consumo promedio diario del mes de mayor consumo. De acuerdo a los valores entregados por la tabla n°1 se desprende que: -

Mayor consumo anual: Consumo medio anual:

Por lo tanto, resulta

Para obtener el coeficiente del día de máximo consumo , según el documento de “Estimación de Coeficientes de Demanda de Sistemas de Agua Potable”, Ahumada, G. & Hernández, J este valor varía de acuerdo a la zona geográfica del país, de acuerdo a los que muestra la tabla n° 7 Zona Central Centro-Sur Norte

Valle 1.1 1.5 Tabla n°7.Valores de factor diario de máximo consumo

Costa 1.2 1.1 1.4

Como el sector en estudio, se encuentra geográficamente en la regio metropolitana, o sea, zona centro del país, el factor diario de máximo consumo resulta ser Con los valores de

y

Por lo tanto, el caudal máximo diario

, se calcula el

, resulta:

15

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Caudal Máximo horario Volumen de agua que se consume en la hora de máximo consumo del día de máximo consumo, medido a la salida del tanque de regulación. Mientras más alto es el estándar de vida de una ciudad, mayor es el coeficiente. En poblaciones muy pequeñas el coeficiente puede ser bastante alto. Según la norma NCH691 of.98, se calcula como: Dónde: = factor horario de máximo consumo. Este factor según la norma Nch691 of.98 corresponde al cociente entre el consumo máximo horario y el consumo promedio horario en el día de consumo máximo diario. A su vez, según el documento de Ahumada y Hernández, se puede relacionar el factor horario de máximo consumo con el volumen de regulación y el rango de validez de este valor, de acuerdo a

Rango de Validez

Rango de Validez

y coeficiente de correlación es 0,72

y coeficiente de correlación es 0,99

Donde: Según la norma Nch691 of.98, se determina a base de las curvas de conducción primaria y de consumo, correspondiente al día de máximo consumo, con un mínimo de un 15% de este último volumen. El valor obtenido se detallara con mayor precisión en el diseño de tanque de abastecimiento de agua. De acuerdo a lo descrito anteriormente, el

Por lo tanto, el caudal máximo diario

resulta ser:

, resulta:

Con rango de validez

16

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Caudal de Incendio Según la norma Nch691 of.98, el volumen de incendio se determina de acuerdo con la demanda y duración del siniestro. Para efectos de cálculo, debe considerarse a lo menos 2 horas de siniestro, con un caudal de 16 L/s en cada grifo de 100 mm de diámetro, según NCh 1646 y el número de grifos en uso simultaneo que indica la tabla n°8

Tabla n°8.Numero de grifos de incendio de uso simultáneo. De acuerdo a la población futura establecida, el número de grifos en uso simultáneo será de 2 y por lo tanto su volumen de incendio mínimo en m3 será de 230 m3. El caudal de incendio será:

Los grifos tienen que estar en los puntos más bajos de la red, por efectos de la presión en la red de distribución y por el hecho de que el fluido trae consigo muchos elementos sedimentarios que se van trasladando hacia estos puntos, por lo que su evacuación sería más pertinentes en los sectores antes nombrados. Cabe señalar que el consumo de incendio tiene gran influencia en el consumo de día, pero muy poca importancia cuando se considera en el consumo anual. Caudal de Distribución Según la norma NCh691 of.98, el caudal para la red de distribución se calcula como {

}

De acuerdo a los valores obtenidos anteriormente, resulta

{

}

17

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Por lo tanto, el caudal utilizado para la red de distribución es de Caudales de Río Las aguas en escurrimiento tienen su origen en el agua que no se infiltra ni se evapora. El caudal de éstas depende de la precipitación y de la superficie y características de la cuenca hidrográfica. Existen dos caudales de gran importancia: A) Caudal mínimo de rio, que debe ser suficiente para las necesidades futuras con un cierto grado de seguridad. B) Caudal máximo de rio, que se debe tener presente para proyectar las obras de captación. A partir de datos entregados en base un estudio de la cuenca hidrológica se tiene valores de profundidad y caudal en un punto de estudio. Tabla de descarga H:profundidad Depth(ft) 0 0,12 1,17 1,46 1,82 2,19 37,55 72,92

Area(acres) 6,99 7,09 7,96 8,2 24,72 25,33 84,11 142,89

Volume(acre*ft) 0 0,82 11,08 19,98 29,1 164,31 1964,31 5798,44

Q:caudal Outflow1(ft3/s) 0 4,53 208,86 302,94 397,58 731,23 352898,2 1573293

Profundidad(m) 0 0,037 0,357 0,445 0,555 0,668 11,445 22,226

Caudal (m3/S) 0 0,128 5,914 8,578 11,258 20,706 9992,964 44550,697

Tabla 9: Tabla de modelo Hidrológico de cuenca Rio Clarillo, en Programa WinHSPF La siguiente tabla resume los caudales en base a suma de todos los datos de un estudio hidrológico de cinco años, los cuales se han resumido en las siguientes expresiones estadísticas. Se trabaja en cuanto al total de los datos y no al promedio, ya que los datos son de un periodo corto de tiempo y no es correcto aproximar. Caudal(m3/s)

Profundidad tabla descarga(m) Qrio medio 0,755 0,357 Qrio máximo 15,453 0,605 Qrio mínimo 0,003 Tabla 10.Caudales de Modelo Hidrológico de cuenca Rio Clarillo, en Programa WinHSPF

A partir de la comparación de las tablas 9 y 10 se puede interpolar y calcular las profundidades de descarga para cada caudal, sin embargo para el caudal medio se considera la altura de 0,357(m) directamente, ya que al interpolar la altura es muy pequeña. Además, dada lo limitado del numero de datos en el estudio, se considera trabajar con el caudal máximo y no con el 90% de éste a modo de compensar las estimaciones realizadas.

18

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

4. Diseño de la obra de captación En base a una fuente superficial de agua se debe diseñar una obra de captación que por medio de un pequeño dique y tres vertederos aseguren la recolección de la cantidad necesaria para abastecer a la población de agua y que no se afecte de manera negativa el curso normal del rio. Para esta ocasión solo se dimensionan los distintos vertederos y no se consideraran las medidas y requerimientos estructurales del dique, así como variables geotécnicas y geológicas del terreno. La siguiente obra estará emplazada en una sección transversal de alrededor de unos 15(m), donde se ubica la cota mínima por donde pasa el cauce del rio igual a 784,00(m).

4.1 Diseño de Vertederos El diseño de cada vertedero se basa primero en la elección de un tipo adecuado de vertedero según su función (Tabla n°9) y la iteración de valores mediante un largo escogido, en base a la siguiente ecuación.

De la ecuación anterior se puede obtener la altura de cada vertedero si escoge el largo “L”, se conoce el caudal “Q” y el coeficiente de cada tipo de vertedero, que se despeja en base a una regresión lineal a partir de los datos mostrados en la figura n°3 donde se conoce la ecuación de la recta y por lo tanto el valor de C en función de H.

Figura N°3.Se muestra los tipos de vertederos y las rectas de cada coeficiente del tipo C(H). 19

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Vertedero de captación lateral El vertedero de captación lateral es aquel que en base al caudal máximo diario calculado toma el agua suficiente para alimentar el tanque de captación. Para este caso se utiliza un vertedero de pared delgada de tipo D en base a la figura antes mostrada (Figura N°3) el cual posee la siguiente ecuación.

Con la elección de una altura inicial que corresponde al valor de la altura de la ranura por donde entra el agua al vertedero se calcula el ancho de dicha abertura de la siguiente manera: [

]

Luego de iteraciones sucesivas de distintos largos se encuentra que el valor más adecuado para este tipo de vertedero en un largo de 120 (cm) y una altura de 5(cm); sin embargo, como el flujo del río no es completamente lateral y no toda el agua entra, se aplica un factor de seguridad de 1.5 a la altura resultante, para así asegurar que entre el agua necesaria. La altura final es de 8(cm). Vertedero de rebose El vertedero de rebose es aquel que recibirá el caudal medio del río y se diseñará a partir de un vertedero de pared gruesa de tipo A en base a la figura antes mostrada (Figura N°3) el cual posee la siguiente ecuación.

Es necesario aclarar que para este vertedero se pueden calcular dos alturas de carga en bases a los caudales de medio y mínimo de río y el caudal máximo día necesitado para abastecer a la población. El primer caudal calculado en base a la diferencia entre el caudal medio y el caudal máximo día corresponde al valor que entrega la altura física y máxima de carga para éste vertedero ; el segundo caudal, que corresponde a la diferencia entre el mínimo caudal y el caudal máximo día, permite calcular la altura de carga para la cantidad mínima de agua que lleve el rio y por lo tanto elegir la ubicación de la abertura del vertedero de captación lateral. Sin embargo, para este proyecto el caudal mínimo es demasiado pequeño y el caudal máximo día supera esta cantidad, por lo tanto no se tomará en cuenta este valor y la ubicación de la abertura del vertedero de captación lateral se ubicará bajo la cota mínima del vertedero de rebose, de tal manera que esté siempre bajo el caudal medio y lo suficientemente alto para que no entren demasiados sedimentos. 20

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Por lo tanto para calcular la altura física y de carga máxima para este vertedero se tiene: [

]

Luego de iteraciones sucesivas de distintos largos se encuentra que el valor más adecuado para este tipo de vertedero de un largo de 360 (cm) y una altura de 25(cm). Vertedero de crecida El vertedero de crecida es aquel que recibirá el caudal máximo de río en tiempos donde el caudal aumente debido a cambios inesperados en su cauce y se diseñará a partir de un vertedero de pared gruesa de tipo A en base a la figura antes mostrada (Figura N°3) el cual posee la siguiente ecuación.

Este vertedero de forma similar al vertedero anterior, se calcula en base a la diferencia entre el caudal máximo de río y el caudal máximo día; sin embargo, para este caso no se considera el caudal máximo día ya que la resta de este al caudal máximo no es significativa. Por lo tanto, para calcular la altura física y de carga máxima para este vertedero se tiene: [

]

Luego de sucesivas iteraciones usando distintos largos, se encuentra que el valor más adecuado para este tipo de vertedero es un largo de 1300 (cm) y una altura de 70(cm).

21

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Resumen de datos A continuación, se muestra una tabla que resume los datos y resultados más importantes para el diseño de los vertederos. Vertederos Vertedero capatación (Qmáx d) Vertedero de rebose (Qmáx d, Qrío med) Vertedero de crecida (Qrío max)

Caudal diseño(m3/s) 0,024 0,731 15,453

Alturas y largos (cm) Habertura de cap. 8

Cotas(m) Inferior 784,28

Labertura de cap. Hrebose

120 25

Superior Inferior

Lrebose Hcrecida Lcrecida

360 70

Superior Inferior

784,36 784,36 784,61 809,36 784,61

1300

Superior

785,31 854,61

Tabla N°11.Datos y resultados para el cálculo de los vertederos captación lateral, rebose y Vertedero de rebose crecida.

debe tener como max. esta altura , ya que sobre esta empieza el vertedero de crecida

Planos de obra de captación y caja de Captación A continuación se muestras las vistas en corte longitudinal, corte transversal y vista en planta con las cotas características.

Figura n°4.Corte longitudinal y vista en planta de la obra y caja de captación.

22

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Figura n°5.Corte transversal de obra y caja de captación

4.2 Diseño de la tubería de aducción La tubería de Aducción está compuesta por: • • •

Cernidor y contracción 3 tuberías de distinto diámetro 2 Válvulas

Como se muestra en la imagen siguiente:

Figura n°6.Bosquejo de tubería de Aducción

23

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Con los valores obtenidos de Qmax-dia y con una carga de 1,2 [mca] se obtiene un cálculo estimado óptimo de una tubería de aducción de un orden de 0.08 [m] y una velocidad de 0.44 [m/s]. Este se contrapone al diseño en EPANET, por lo cual se opta por una tubería de diámetro variable, en la que se tiene presente que la sección que sale de la Caja de Captación está dada por un diámetro de 0.25 [m]. A continuación, se entregan los valores que refleja la tubería, comprobando que alcanza una presión capaz de vencer el cernidor y la constricción, usando un valor de coeficiente de HW K=1 para ambos:

Diámetro m 0,25

Q max-d m3/s

Tubería de Aducción v COTA hl cernidor m/s m m

Presión m

0,02160358 1,04 1,2 0,05512742 1,08974516 Tabla N°12.Diámetro y velocidades de Tubería de Aducción

Además se obtiene una velocidad de salida (por EPANET) coherente con la norma, menor a 5 [m/s]. Una vez verificado este dato, se muestran los valores característicos obtenidos en los nodos y las tuberías de la tubería de aducción, por EPANET: Tabla Característica de Nodos Tubería Aducción (EPANET) Node ID

Elevation

Head

Pressure

m m Junc 2 782 785,18 3,18 Junc 3 782 783,04 1,29 Junc 4 775 781,19 5,95 Junc 5 775 779,05 4,06 Tabla N°13.Tablas características de los Nodos en EPANET

Elemento

m

Tabla Característica de Nodos L K D v

hf

hl

m 2,14

m m/s m m TUBERIA 1 0,25 1,04 0,0128 0,0551 VALVULA 1 0,1 5,81 1,7234 TUBERIA 3 780 0,315 0,65 1,5389 VALVULA 1 0,1 5,81 2,4975 TUBERIA 5 6,22 0,25 1,04 0,0373 Tabla N°14.Tablas características de Tuberías con Pérdidas calculadas en Excel con H-W

24

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

A continuación, se muestran los valores obtenidos mediante el cálculo de las Presiones con H-W, ocupando diámetros y velocidades entregadas por EPANET, pero desarrollado en planilla Excel: Tabla Característica de Nodos Tubería Aducción Elevation

Node ID

Head

Pressure

m m m Junc 2 782 785,04 3,04 Junc 3 782 783,19 1,19 Junc 4 775 780,85 5,85 Junc 5 775 778,90 3,90 Tabla N°15.Tablas características de los Nodos con cálculo en planilla Excel con H-W A continuación se muestran los valores y gráficos obtenidos mediante el cálculo de las Presiones con H-W, ocupando diámetros y velocidades entregadas por EPANET, para obtener las curvas Piezométricas y de Energía en la Tubería de Aducción:

Curvas Piezomética y de Energía 786

H Piezométrica

785 784

Energía

Elevación [m]

783 782

H Piezométrica EPANET

781 780 779 778 777 776 775 774 1

2

3

4

5

6

N° de Nodo

Gráfico n°4.Cuervas Piezométrica y de Energía de la Tubería de Aducción

25

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Se obtiene una curva de piezométrica que mantiene los estándares de presiones y velocidades según la norma. Se aprecia que en las contracciones se obtiene una velocidad instantánea mayor a 5 [m/s], pero que no se ven reflejados en la tubería, lo cuál podría ser cuestionado, pero no se menciona nada en específico respecto a las válvulas en la norma.

5. Diseño de Red de Distribución 5.1 Diseño del tanque de abastecimiento El tanque de abastecimiento de una red de agua potable , es el contenedor de agua de la red que debe ser capaz de proporcionar agua a la población día y noche, de tal manera de estar preparado para satisfacer las demandas variables de agua y contener un volumen de reserva tal que frente a problemas de desperfectos en las instalaciones de captación o periodos de tiempo donde el consumo sea extraordinario, como en el caso de incendios, sea capaz de satisfacer las necesidades de los clientes sin suspender los servicios. El tanque de abastecimiento se caracteriza por un caudal fijo de entrada de agua a partir de las instalaciones de captación dado por el caudal máximo día y un caudal de salida variable que depende de los caudales máximo hora, máximo día y de incendio; por lo tanto juega un rol de regulador, pasando de un régimen constante a uno variable Diseño del tanque de abastecimiento Para el diseño del tanque es necesario conocer el volumen de regulación que corresponde a una compensación entre los caudales producidos y consumidos. A partir del consumo por hora de la población y el caudal máximo día en metros cúbicos por hora se calcula el consumo durante el día y la fracción no ocupada de la cantidad disponible agua, siendo este el volumen restante de agua en metros cúbicos. El volumen restante de agua se suma durante el día “almacenando” agua, resultando de esto valores virtuales, que corresponden a un máximo, que es la mayor cantidad de agua que no fue ocupada durante este período y un mínimo que es la cantidad de agua que falto por entregar al sistema. Estos dos valores se suman y se encuentra así el volumen de regulación del tanque. A continuación, se muestra la tabla que resumen los datos en estudio para el cálculo del volumen de regulación.

26

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Volumen de regulación Hora

Qmax dia(m3/hr)

Consumo

Q (m3/hr)

0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24

85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250 85,250

0,876 0,886 0,903 0,907 0,938 0,951 1,028 1,022 1,130 1,215 1,166 1,152 1,111 1,089 1,057 1,039 1,024 1,019 0,983 0,974 0,971 0,906 0,851 0,802

74,679 75,532 76,981 77,322 79,965 81,073 87,637 87,126 96,333 103,579 99,402 98,208 94,713 92,838 90,110 88,575 87,296 86,870 83,801 83,034 82,778 77,237 72,548 68,371

Restante(m3)

Acumulado(m3)

10,571 9,719 8,269 7,928 5,286 4,177 -2,387 -1,876 -11,083 -18,329 -14,152 -12,958 -9,463 -7,587 -4,859 -3,325 -2,046 -1,620 1,449 2,217 2,472 8,014 12,702 16,880 Vol max ac Vol min ac

10,571 20,290 28,559 36,487 41,773 45,950 43,563 41,687 30,605 12,276 -1,876 -14,834 -24,296 -31,884 -36,743 -40,068 -42,114 -43,733 -42,284 -40,068 -37,595 -29,582 -16,880 0,000 45,950 -43,733

Vol reg

89,683

Tabla N°16.Muestra los datos necesarios para el cálculo del volumen de regulación.

A partir del volumen de regulación, se puede encontrar el volumen del tanque de abastecimiento, que corresponde al maximo valor entre la suma del volumen de regulacion con el caudal de incendio o la suma del volumen de regulación con el volumen de reserva. El volumen de reserva corresponde a dos horas de el volumen del caudal maximo dia. A continuación, se muestra la tabla que resumen los datos en estudio para el cálculo del volumen del tanque de abastecimiento.

Diseño del

27

Tanque: lim

Relación aure

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Volumen tanque de abastecimiento Max(a,b) a) Vol. Reg. + Vol. de incendio b)Vol. Reg. + Vol. de reserva

Vol. Reg.(m3) 89,68 89,68

Vol. adicional(m3) 230,00 170,50

Vol. Total(m3) 319,68 260,18

Tabla N°16.Muestra los datos necesarios para el cálculo del volumen del tanque de abastecimiento. A partir del volumen encontrado de 320(m3) se diseña un tanque de abastecimiento rectangular que cumpla con la relación aurea (largo/ancho=1.61) y mediante iteraciones se llega a un tanque de 7 metros de ancho, 11 metros de largo y 4 metros de alto.

Diseño de

Tanque: li

Relación au L/A=1.61 L=1,61*A ancho*largo A*A*1,61=L

H=,72+,605=1,325 ~ 1,4 m

28

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Figura n°7.Vista transversal, longitudinal y en planta del tanque de abastecimiento.

29

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

5.2 Diseño de la red de distribución (EPANET) Se inicia el diseño con un embalse en el punto de captación, el cual tiene una elevación y coordenadas obtenidas anteriormente. El segundo paso es el tanque de abastecimiento, su ubicación debe tener una elevación tal que exista suficiente gradiente hidráulico para que el agua fluya sin necesidad de una bomba. Las tuberías que unen el embalse con el tanque deben tener válvulas en ambos extremos con un coeficiente de perdidas igual a 1. La red será diseñada para el máximo entre el consumo máximo horario y la suma del consumo máximo diario más demanda de incendio. 5.2.1 Red de distribución

Las presiones deben cumplir con la norma NCH0691 Of.98 Sección 7.2, que especifica una presión de servicio mínima de 15 mca y una máxima de 70 mca. Los diámetros de las tuberías son dispuestos de modo de obtener las presiones necesarias en cada nodo, estos diámetros tiene un diámetro mínimo de 100mm. Utilizando el software EPANET 2.0, se modela una red de distribución en la cual se hace el esquema de los cuarteles sobre una imagen satelital del área a abastecer, obtenida de Google Earth. En esta imagen, además viene la distribución de las manzanas proyectadas, lo cual permite tener las rutas por donde pueden pasar las tuberías (Red cerrada). La red debe dividirse en sectores en los cuales puede suspenderse temporalmente el suministro de agua potable, sin afectar el suministro general denominados en la norma como cuarteles, los cuales también deben cumplir con los requerimientos de la norma (Sección 7.3). La longitud total de las tuberías de un cuartel no deben superar los 1000 metros. Para poder iniciar el análisis en EPANET, se deben tener las elevaciones de cada nodo, su demanda base y el coeficiente de rugosidad. La elevación es obtenida de Google Earth trazando la ruta que siguen las tuberías para luego obtener el perfil de elevación. El coeficiente de rugosidad es dato según el material del cual serán las tuberías, en este caso será de 100. Para poder estimar la demanda base de cada nodo, es necesario obtener el área total y el área tributaria de cada nodo, para lo cual se utiliza el método de los polígonos de Thiesen. Finalmente, la demanda por nodo será igual a:

30

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Con ayuda del software Autocad, se trazan los límites de las áreas de cada nodo y se miden los valores de cada área. Estas son tabuladas en un Excel en conjunto con el valor de la demanda base para cada nodo.

Figura n°8.Archivo AUTOCAD de la red de distribución, con las áreas de cada nodo.

Tabla n°17.Cálculo en Excel de las demandas base de cada nodo. 31

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

En cada nodo se debe introducir el valor calculado de su demanda base y la elevación (cota).

Figura n°9.Epanet, introducción de las demandas de cada nodo y su elevación. Antes de correr el análisis, se deben configurar los valores predeterminados, las unidades serán litros por segundo (LPS), se usará HAZEN-WILLIAMS y la longitud de las tuberías será calculada automáticamente por EPANET.

Figura n°10.Epanet, revisión de las propiedades, unidades y ecuación de pérdidas. 32

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Luego de introducir los datos en cada nodo, verificar que las configuraciones sean las adecuadas se inicia el análisis.

Figura n°11.Epanet, Se realiza el análisis el cual no arroja errores. Para corroborar que se cumplen todos los puntos de la norma se generan las tablas de los nodos y de las tuberías.

Figura n°12.Epanet, tabla entregada por el software para las tuberías del sistema, donde se dan las longitudes, diámetros, caudal, pérdidas, velocidad y estado de cada una.

33

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Por cada tubería pasa agua a una velocidad que no puede exceder los 5 metros por segundo, el diámetro de cada una será el parámetro variable para obtener las presiones requeridas en los nodos.

Figura n°13.Epanet, tabla entregada por el software para los nodos del sistema, donde se da la elevación, su demanda base, su demanda y la presión de cada una. Se verifica que la presión de cada nodo está dentro del rango, por lo que la red escogida cumple con los parámetros dentro de la normativa vigente.

34

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

6. Conclusiones En base a nuestros Objetivos, se puede concluir que: Es necesario un levantamiento de datos más acabado para realizar una estimación con un grado de incertidumbre menor. Esto asegura un mayor éxito respecto de un diseño acorde a las necesidades. Lo anterior es aplicable al estudio hidrológico y a la estimación de la Población de Diseño. Cabe señalar, para que lo anterior se haga efectivo, es necesario la instalación de válvulas en lugares estratégicos de la red, tal que se puede aislar a zona de reparación a modo de asegurar el suministro El programa computacional EPANET se muestra como una gran herramienta a la hora de resolver las presiones en base a las demandas proyectadas. Es necesario generar una coherencia con el pre-diseño para adoptar las formas correctas al momento de ingresar los datos al programa. Es necesario un conocimiento de la normativa vigente dado que EPANET no tiene incluido en sus librerías las limitantes que ella establece. El coeficiente de rugosidad varía de acuerdo al material elegido para las tuberías de diseño, siendo el más común para este tipo de proyectos el PVC Hidráulico el cual posee un coeficiente igual a 140. Esto se debe tomar en cuenta al momento de ingresar los valores por defecto al comienzo del diseño de la red en el software Epanet y también, en el cálculo y trazado de la línea piezométrica y de energía. Es imperativo el uso de bibliografía complementaria para establecer parámetros que ajusten el proyecto a la realidad en el área de diseño, construcción y el ámbito comercial. .

35

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

7. Bibliografía Mackenzie L. (2010). Water and Wastewater Engineering: Design Principles and Practice. Michigan State: McGraw-Hill Education. Rubén L. (1973). Hidráulica Aplicada. Santiago, Chile: Universidad de Chile. Instituto Nacional de Normalización, Norma Chilena Oficial NCh 691 Of. 98, Agua Potable – Conducción, regulación y distribución. Instituto Nacional de Normalización, Norma Chilena Oficial NCh 777/1, Agua Potable – Fuentes de abastecimiento y obras de captación – Parte 1: Captación de aguas superficiales. Ahumada, G. & Hernández, J. (2002). Estimación de Coeficientes de Demanda de Sistemas de Agua Potable. Cancún, México: AIDIS. CONAF. (1996). Documento de Trabajo n°247 Plan de Manejo Reserva Nacional Rio Clarillo. Santiago: Ministerio de Agricultura. Departamento de Demografía. (2005). Chile Hacia el 2050 Proyecciones de Población. Santiago: Instituto Nacional de Estadística. Vinilit S.A. (2015). Catalogo Tubería de Drenaje para Terrenos Agrícolas e Instalaciones Sanitarias. Santiago: Vinilit S.A. Damianovic. N. (2008). Población y Sociedad, Aspectos Demográficos. Santiago: Instituto Nacional de Estadísticas. SISS. (2013). Informe de Gestión del Sector Sanitario. Santiago: Superintendencia de Servicios Sanitarios. Instituto Nacional de Estadísticas. (2013). Reportes Estadísticos y Comunales. 2013, de Biblioteca del Congreso Nacional Sitio web: http://reportescomunales.bcn.cl/2013/index.php/Pirque#Poblaci.C3.B3n_total_2002_y_proyecci. C3.B3n_2012_INE Municipalidad de Pirque. (2008). Proyecto: "Adquisición de Oficina Municipal Móvil "Munimóvil", Comuna de Pirque". 2008, de Municipalidad de Pirque Sitio web: http://www.amur.cl/web/wp-content/uploads/downloads/2012/10/PROYECTO-MUNIMOVILPIRQUE.pdf Valenzuela, A. (2013). Analisis y Conclusiones Resultados Preliminares Censo 2012. 2013, de Camara Chilena de la Construcción Sitio web: http://www.cchc.cl/wpcontent/uploads/2013/03/Minuta-CTR-N%C2%BA-04-ANALISIS-Y-CONCLUSIONES-RESULTADOSPRELIMINARES-CENSO-2012.pdf Centro Peruano de Estudios Sociales. (2011). Población de Diseño y Demanda de Agua. 2011, de CEPES Sitioweb:http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/agua_potable/agua_potable3.pdf 36

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Anexo A: Tablas De Presiones Nodos

Node Id Junc 2 Junc 3 Junc 4 Junc 5 Junc 7 Junc 8 Junc 9 Junc 10 Junc 11 Junc 12 Junc 13 Junc 14 Junc 15 Junc 16 Junc 17 Junc 18 Junc 19 Junc 20 Junc 21 Junc 22 Junc 23 Junc 24 Junc 25 Junc 26 Junc 27 Junc 28 Junc 29 Junc 30 Junc 31 Junc 32 Junc 33 Junc 34

Network Table - Nodes Elevation Demand Head m

LPS 782 782 775 775 769 769 755 755 755 751 753 747 745 744 743 745 741 741 739 737 739 736 735 733 735 731 731 730 732 730 729 728

0 0 0 0 0 0 0,71 1,55 1,47 1,49 0,74 1,36 2,75 2,89 2,92 1,45 1,11 2,47 2,91 2,94 1,46 0,72 1,32 1,35 2,39 2,89 1,43 0,62 1,34 1,01 1,98 3,1

m 785,18 783,29 780,95 779,06 778,97 777,35 775,18 774,22 773,96 773,85 773,84 774,32 774,15 773,94 773,84 773,82 774,15 774,13 773,91 773,8 773,73 773,81 773,79 773,65 773,63 773,61 773,61 773,56 773,56 773,5 773,5 773,5

Pressure m 3,18 1,29 5,95 4,06 9,97 8,35 20,18 19,22 18,95 22,85 20,84 27,32 29,15 29,94 30,84 28,82 33,15 33,13 34,91 36,8 34,73 37,81 38,79 40,65 38,63 42,61 42,61 43,56 41,56 43,5 44,5 45,5 37

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Node Id Junc 35 Junc 36 Junc 37 Junc 38 Junc 39 Junc 40 Junc 41 Resvr 1 Tank 6

Elevation Demand m LPS 728 1,53 726 0,23 727 0,75 727 0,42 723 1,73 721 1,69 722 0,83 785,2 -57,93 774 4,38

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Head Pressure m m 773,55 45,55 773,5 47,5 773,49 46,49 773,46 46,46 773,45 50,45 773,45 52,45 773,53 51,53 785,2 0 779 5

38

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Anexo B: Tablas De Presiones Nodos Network Table - Links Link Id Pipe 1 Pipe 3 Pipe 5 Pipe 6 Pipe 8 Pipe 9 Pipe 10 Pipe 11 Pipe 12 Pipe 13 Pipe 14 Pipe 15 Pipe 16 Pipe 17 Pipe 18 Pipe 19 Pipe 20 Pipe 21 Pipe 22 Pipe 23 Pipe 24 Pipe 25 Pipe 26 Pipe 27 Pipe 28 Pipe 29 Pipe 30 Pipe 31 Pipe 32 Pipe 33 Pipe 34 Pipe 35 Pipe 36

Length

Diameter

Flow

Velocity

m 2,14 780 6,22 4,29 836,81 232,8 266,25 171,98 279,63 208,53 265,63 204,93 208,53 268,52 212 210,61 273,4 207,05 266,14 118 269,71 268,12 207,98 266,66 210,26 265,43 209,87 266,14 61,36 271,26 265,73 135,81 73,12

mm 250 315 250 250 315 200 250 250 250 200 250 250 200 250 250 200 200 250 250 250 250 250 150 250 150 200 150 150 150 150 150 150 150

LPS 57,93 57,93 57,93 53,55 53,55 20,84 8,26 -17,1 -32,01 11,04 2,97 -17,59 6,6 2,61 -11,64 2,51 1,77 -5,06 5,02 -7,3 -13,55 6,03 -4,68 6,26 -3,09 5,37 -2,51 5,16 -2,51 -5,14 4,7 -1,98 -6,36

m/s 1,18 0,74 1,18 1,09 0,69 0,66 0,17 0,35 0,65 0,35 0,06 0,36 0,21 0,05 0,24 0,08 0,06 0,1 0,1 0,15 0,28 0,12 0,26 0,13 0,18 0,17 0,14 0,29 0,14 0,29 0,27 0,11 0,36 39

UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES COC 2205 – HIDRAULICA URBANA

Link Id Pipe 37 Pipe 38 Pipe 39 Pipe 40 Pipe 41 Pipe 42 Pipe 43 Pipe 44 Pipe 45 Pipe 46 Pipe 47 Pipe 48 Pipe 49 Pipe 50 Pipe 51 Pipe 52 Pipe 53 Pipe 61 Pipe 62 Pipe 64 Pipe 66 Pipe 57 Pipe 58 Pipe 59 Valve 2 Valve 4 Valve 7

Length m 264,9 212,14 268,94 208,25 191,97 137,05 277,24 256,47 43,9 105,81 259,01 208,78 256,2 207,05 150,16 56,12 113,06 183,61 122,2 206,39 208,25 257,41 262,69 252,47 0 0 0

Proyecto: Diseño de Sistema de Abastecimiento de Agua Potable

Diameter mm 150 150 200 150 150 110 110 150 110 110 150 110 200 110 110 110 110 110 110 110 110 200 110 110 110 110 110

Flow LPS 3,9 -1,25 6,43 0,53 3,03 0,22 -1,9 3,04 -0,02 -1,48 2,79 -0,19 4,47 0,91 0,45 -0,3 -1,5 -0,54 -0,97 0,3 1,2 2,03 0,79 -0,89 57,93 57,93 53,55

Velocity m/s 0,22 0,07 0,2 0,03 0,17 0,02 0,2 0,17 0 0,16 0,16 0,02 0,14 0,1 0,05 0,03 0,16 0,06 0,1 0,03 0,13 0,06 0,08 0,09 6,1 6,1 5,64

40