diseño de agua potable

DIMENSIONAMIENTO DE AGUA POTABLE

_____________________________________________________________________________________________________________________

23

CAPITULO 3

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE

3.1 PARAMETROS DE DISEÑO DE AGUA POTABLE PARA LA COMUNIDAD DE

SANTA VERACRUZ

3.1.1 Periodo de diseño

El período de diseño es el número de años durante los cuales una obra determinada prestará con

eficiencia el servicio para el cual fue diseñada. Debe ser adoptado en función del componente del

sistema, la característica de la población y las posibilidades de financiamiento, según lo indicado

en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1 Periodo de diseño en años

Se adoptara un periodo de diseño de t =20 años por tener proyectado los materiales de buena

durabilidad y ser una comunidad en desarrollo, de acuerdo a la Norma Boliviana NB-689,

―Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable‖

Las normas de referencia utilizadas en el diseño son:

Reglamento técnico de diseño de Proyectos de Agua Potable para poblaciones menores a

5000 habitantes Ministerio de Vivienda y Servicios Básicos 2005.

Guía técnica de diseño de sistemas de agua potable para poblaciones menores a 10000

habitantes.

Reglamentos técnicos de Diseño para Sistemas de Agua Potable DINASBA 2005.


_____________________________________________________________________________________________________________________

24

Norma Técnica de Diseño para Sistemas de Agua Potable N.B. DINASBA 2005.

3.1.2 Población del proyecto

Es el número de habitantes que ha de ser servido por el proyecto para el período de diseño, el

cual se establece con base en la población inicial.

Población Actual (Po)

Población inicial, es el número de habitantes dentro el área de proyecto que debe ser determinado

mediante un censo poblacional y/o estudio socio-económico.

Se determinó la población total beneficiaria con el proyecto tomando en cuenta los lotes de la

Comunidad y colocando un promedio de 5 personas por lote con el cual la población beneficiaria

será de 2105 habitantes.

Los lotes de acuerdo al plano tenemos Nº = 421 lotes

Tomando en cuenta número de personas de p = 5 por familia, el cual se aproxima tomando un

promedio de la Comunidad.

ppo º*

5*421op

3.1.3 Población Futura (Pf)

Población futura, es el número de habitantes dentro el área del proyecto que debe ser estimado en

base a la población inicial y el índice de crecimiento poblacional, para el período de diseño.

El cálculo de la población de diseño proyectada desde el año 2005 al año 2025, será realizada

considerando la población actual, asumiendo una familia tipo, o promedio de 5 habitantes por

vivienda por lo que su proyección se calcula de acuerdo con la Norma Técnica de Diseño para

personaspo 2105


_____________________________________________________________________________________________________________________

25

Sistemas de Agua Potable NB-689, entonces se determinará con cualquiera de los métodos

conocidos que se ajusten a este tipo de proyecto como ser:

- Aritmética

- Geométrica

- Wappaus

- Exponencial

Tasa Anual de Crecimiento

La tasa anual de crecimiento, expresa el número de personas que se agregan anualmente a la

población por cada 100 y se calcula mediante la siguiente fórmula:

100ln1

o

n

P

P

ti

Donde:

i = tasa de crecimiento

t = tiempo del periodo intercensal (años)

ln= logaritmo natural

Pn = población final en el periodo intercensal

Po = población del año base.

Con los datos obtenidos de I.N.E. (Instituto Nacional de Estadística) se puede calcular la tasa de

crecimiento de la población correspondiente a la comunidad beneficiaria. Sin embargo los datos

estadísticos son globales como ser área urbana de Municipio su Tasa Anual de Crecimiento

Intercensal es de 23.50 y en el área rural es de 0.73.

En vista de que la comunidad de Santa Veracruz es la mas importante de la cordillera del

Municipio de Municipio y que el área de influencia solo cuenta con datos censales de año 2001

se emplea una tasa de crecimiento de 1.20% lo mas acorde con la realidad actual.

Tasa de crecimiento poblacional de Comunidad de Santa Veracruz para el proyecto será de i

=1.2%.


_____________________________________________________________________________________________________________________

26

Método aritmético:

100

*1*

tipp of

Método geométrico:

t

of

ipp

1001*

Método de wappaus:

ti

tipP of

*200

*200*

Método exponencial:

100

*

*

ti

of pp

Donde:

pf : Población futura

i : Índice de crecimiento poblacional

t : Periodo de diseño

p0: Población actual

Tabla 3.2 Cálculo de la población futura

CALCULO DE POBALCION FUTURA

Nº de Familias Beneficiadas: 421 Promedio Habitantes / familia: 5,0

Indice de Crecimiento: 1,20 Dotación Agua (l / h / d) 60,0

TIEMPO POBLACION

AÑOS Aritmética Geométrica Wappaus Exponencial PROMEDIO

(t) (Pf) (Pf) (Pf) (Pf) (Pf)

0 2105 2105 2105 2105 2105

5 2231 2234 2235 2235 2234

10 2358 2372 2374 2373 2368

15 2484 2517 2521 2520 2508

20 2610 2672 2679 2676 2654

POBALCION ASUMIDA 2610 PERSONAS

POBLACIÓN FUTURA

Fuente: Elaboración propia


_____________________________________________________________________________________________________________________

27

Realizando con todos los métodos el que mejor se ajusta a la comunidad de Santa Veracruz es el

Método Aritmético por tener un crecimiento constante o lineal según estudios realizados en la

Cordillera (CEDESCO, ONG).

personasp f 0.2610

3.2 DOTACIÓN

Para determinar la dotación de agua, se ha partido como punto base de las costumbres y hábitos

de los habitantes de la comunidad (visitas de campo), también basándonos en la norma boliviana

N.B. 689 tomando como zona altiplánica, por tratarse de la Cordillera del municipio de

Municipio que esta a una altura de 3710 hasta 3760 m.s.n.m., y que el número de habitantes

están dentro de 2000 a 5000, la dotación se tomara de 60 (L/hab/d), ver Tabla 3.3.

Tabla 3.3 Dotación media referencial

Dotación media [L/hab/d]

Zona Población [hab]

Hasta De 500 De 2000 De 5000 De 20000 Más de

500 a 2000 a 5000 a 20000 a 100000 100000

Altiplánica 30—50 30—70 50--80 80—100 100--150 150—250

De los valles 50—70 50—90 70--100 100—140 150--200 200—300

De los llanos 70—90 70—110 90--120 120—180 200-250 250—350

Fuente: Norma boliviana NB-689

Dotación media diaria

La dotación media diaria se refiere al consumo anual total previsto en un centro poblado dividido

por la población abastecida y el número de días del año. Es el volumen equivalente de agua

utilizado por una persona en un día.

La dotación futura se puede estimar con un incremento anual entre el 0.5% y el 2%, aplicando la

fórmula aritmética.


_____________________________________________________________________________________________________________________

28

La variación anual de la dotación d = 1.1 %

100

*1*

ndDD if

Donde:

Df = dotación futura

Di = dotación inicial

d = Variación anual de la dotación

n=número de años en estudio

3.3 CAUDALES DE DISEÑO

Los caudales de diseño que se deben considerar son los siguientes:

3.3.1 Caudal medio diario

Es el consumo diario de una población, obtenido en un año de registros. Se determina con base en

la población del proyecto y dotación, de acuerdo a la siguiente expresión:

86400

* ff

md

DpQ

Donde:

Qmd = Caudal medio diario en l/s

Pf = Población futura en hab.

Df = Dotación futura en l/hab-d

86400

50.73*2610mdQ

3.3.2 Caudal máximo diario

dhabLtsD f //50.73

segLtsQmd /22.2

100

20*1.11*60fD


_____________________________________________________________________________________________________________________

29

Es la demanda máxima que se presenta en un día del año, es decir representa el día de mayor

consumo del año. Se determina multiplicando el caudal medio diario y el coeficiente k1 que varía

según las características de la población.

mdd QKQ *1max

Donde:

K1= 1.2-1.5

Tomando un valor de K1 = 1.2 por tratarse de la comunidad en Cordillera del Municipio de

Municipio.

22.2*2.1max dQ

segLtsQ d /66.2max

3.3.3 Caudal máximo horario

Es la demanda máxima que se presenta en una hora ante un año completo. Se determina

multiplicando el caudal máximo diario y el coeficiente k2 que varía, según el número de

habitantes, de 1.5 a 2.2, tal como se presenta en la Tabla 3.4

Tabla 3.4 Valores del Coeficiente k2

Población (habitantes) Coeficiente k2

Hasta 2000 2,2 - 2,00

De 2001 a 10000 2,00 - 1,80

Fuente: NB – 689, véase Azevedo Neto

dh QKQ max2max *

Donde:

K2= 1.5-2.2

Según Tabla 3.4

segLtsQ d /66.2max


_____________________________________________________________________________________________________________________

30

Para 2001 (hab.)------------>K2 = 2

Para 10000 (hab.)------------->K2 =1.8

Interpolando para una población de 2610 (hab.) se halla un valor de K2 =1.98

66.2*98.1max hQ

segLtsQ h /28.5max

3.3.4 Caudal unitario

InfluenciadeArea

HorarioMaximoCaudalQu

hasegLtsInfluenciadeArea

QQ

h

u //895.31

28.5max_

3.4 CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS COMPONENTES DEL PROYECTO

3.4.1 Datos generales

Área de influencia : 31.895 ha

No. de Manzanas : 39

No. de Lotes : 421

Habitantes por lote : 5,00 habitantes.

Superficie por lote : 800,00 m2

Población inicial : 2105 habitantes

Población final : 2610 habitantes

Densidad Poblacional : 82.00 hab./Ha

Dotación : 73.5 lt./hab./día

Tasa de crecimiento : 1.2 %

Coeficiente máximo diario (K1) .......... 1.2

Coeficiente máximo horario (K2) ....... 1.98

segLtsQ h /28.5max

HasegLtsQu //1655.0


_____________________________________________________________________________________________________________________

31

3.5 OBRA DE CAPTACION CO LECHOS FILTRANTES O PREFILTRACIÓN

Constituida por uno o más tuberías perforadas (drenes o filtros) introducidos transversal o

diagonalmente en el lecho del río y recubiertas con material granular clasificado. El

agua se filtra a través del material clasificado hasta el drene, para luego ser conducida

mediante tubería hasta la cámara recolectora lateral en el margen del río. Véase Figuras 4.8 y

PL-AP-05-02.

Para su diseño deben considerarse los siguientes aspectos importantes:

a) Calidad del agua: para desarrollar la prefiltración es importante que la turbidez

no sea mayor a 150 UNT en períodos de lluvia.

b) Material filtrante: Es la selección de material clasificado de diferente

granulometría para la filtración del agua del curso natural. El material

seleccionado podrá variar entre 6 a 40 mm y deberán ser colocados en capas de 0,20 a

0,40 m. El tamaño mayor irá en contacto con al tubería-filtro y gradualmente

disminuirá el tamaño hasta la profundidad de socavación. Finalmente se recubrirá

con material del lecho del río.


_____________________________________________________________________________________________________________________

32

Figura 3.1 Lecho Filtrante o Prefiltración.

Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable

c) Tubería filtro: el tipo, longitud y diámetro de la tubería-filtro se determinará por la

calidad de agua natural y la cantidad de agua necesaria a ser captada. Regularmente se

emplea la tubería PVC la cual es muy estable ante cualquier tipo de agua. Los criterios

básicos de diseño son los siguientes:


_____________________________________________________________________________________________________________________

33

La longitud de la tubería – filtro debe calcularse como se señala a continuación.

VA

QL

f

2

Figura 3.1 Detalle tubería filtro.


Donde:

L = Longitud de la tubería en m

Q = Caudal de diseño en m3/s

V = Velocidad del agua a traves de los orificios en m/s

V= 0.10m/s a 0.15 m/s para evitar el arrastre

Af = Área efectiva de los orificios o ranuras por metro lineal en m2/m para el diámetro (también

denominada área específica – dependerá del fabricante o de la cantidad de ranuras u orificios que

se agan en las tuberias – filtro)

Se prevee el empleo de tuberías PVC con orificios de 1 cm. en la cara superior con un área

específica de 0.011 m2/m.


_____________________________________________________________________________________________________________________

34

El lecho se compondrá de 2 tuberias de 2.00 m para la captación de 1.59 l/s con 2 cámaras

de limpieza y una cámara recolectora como se puede observar en los planos (ver Anexos).

3.5 OBRA DE TOMA TIPO TIROLESA

3.5.1 Diseño hidráulico de la cámara de captación

La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo a saber:

Flujo a través de las rejillas

Flujo en la cámara de captación.

De la Figura 3.1 se aprecia las siguientes variables a determinar.

Figura 3.1: Esquema flujo sobre la rejilla.

t: máximo nivel en el canal

0.25*t: borde libre mínimo

B: ancho de colección

L: longitud de la reja

Figura 3.1 Esquema flujo sobre la rejilla.

Fuente: Texto Guía Obras Hidráulicas Menores

a: distancia entre barras de la rejilla

d: separación entre ejes de las barras

Del esquema con energía constante, el caudal que pasa por las rejillas se tiene:

Q= 2/3*C*μ*b*L*(2*g*h)1/2

Donde:

b = 1.80 m ancho de la toma (puede ser el ancho del río)

h = altura sobre la rejilla

Q = 0.05 m3/seg caudal de derivación o caudal de toma

μ= depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante según NOSEDA

dan como resultados los siguientes valores:


_____________________________________________________________________________________________________________________

35

Figura 3.2: Coeficiente μ para los tipos de barra


El coeficiente C depende de la relación de espaciamiento entre las barras y el ángulo ß de la

rejilla con la siguiente fórmula:

C = 0,6*a/d*[cos*(ß)]3/2

C = 0.29 (ver Anexos Obra de Toma tipo Tirolesa Tabla 1)

Al inicio de la rejilla, a pesar de ser la sección con energía mínima, en la práctica el tirante resulta

algo inferior al tirante crítico, a saber:

h= K*hmin = 2/3*K*HE

h=0.13 m (ver Anexos Obra de Toma tipo Tirolesa Tabla 1)

Donde:

HE= altura sobre la rejilla = altura de energía

K = factor de reducción

El factor K es dependiente de la pendiente de las condiciones geométricas de la rejilla que para

una distribución de la presión, se tiene la ecuación.

2*COS(ß)*K3 - 3*K

2 + 1 = 0


_____________________________________________________________________________________________________________________

36

Tabla 3.5: Factor de reducción en función de la pendiente según Frank

ß

K

ß

K grados grados

0 1 14 0,879

2 0,98 16 0,865

4 0,961 18 0,831

6 0,944 20 0,887

8 0,927 22 0,826

10 0,91 24 0,812

12 0,894 26 0,8


La construcción de la cámara de captación, debe seguir las siguientes recomendaciones de

acuerdo a la experiencia:

El largo de construcción de la rejilla debe ser 1.20*L de diseño

El canal debe tener un ancho: B = L*cos ß.

t ≈ B para tener relación

La sección de la cámara es más o menos cuadrada.

La pendiente del canal de la cámara esta dada de acuerdo a:

7

6

7

9

*20.0

q

dS

hvq *

Donde:

h = Máximo valor que puede tener t

v = Velocidad del agua

h = Profundidad o tirante de agua en el canal de recolección

d = Diámetro (tamaño) del grano en m


_____________________________________________________________________________________________________________________

37

La rejilla limita en el paso de las partículas de diferentes tamaños de acuerdo a las características

que tiene cierto tramo en el río en los lugares de ubicación de la toma.

Por construcción se adoptarán las siguientes medidas:

Tabla 3.6 Secciones de la Toma Tirolesa

SECCIONES DE LA TOMA TIROLESA PARA CONSTRUCCION

Lcosntr.= 0,20 m longitud de construcción de la rejilla

B = 0,2 m ancho de la toma tirolesa

ß = 12 º angulo de inclinación

t=h= 0,2 m alto de la toma tirolesa

b = 1,5 m largo de la rejilla para captar h2o transversal al flujo del rio

Fuente: Elaboración propia Ver Anexos (Obra de Toma Tipo Tirolesa)

3.6 DISEÑO DE LAS ESTACIONES DE BOMBEO

Los componentes principales que deben ser diseñados son:

• Estimación de caudales

• Sumergencia mínima

• Potencia del equipo de bombeo

• Capacidad o volumen de la cámara de bombeo

3.6.1 Estimación de Caudales

El caudal de bombeo es de Qb = 3.18 lts/seg en dos periodos cada uno de 6 horas de bombeo.

El diámetro de la tubería de succión será de d = 3.00 pulgadas

El diámetro de la tubería de impulsión será de d = 2.50 pulgadas

3.6.2 Dimensionamiento de la cámara de bombeo sin almacenamiento

En el dimensionamiento de la cámara de bombeo sin almacenamiento deben considerarse los

siguientes criterios:


_____________________________________________________________________________________________________________________

38

a) La sumergencia mínima será fijada mayor a 2.5*d+0.10 (d= diámetro de la tubería de succión) y

no inferior a 0.50 m.

b) La holgura comprendida entre el fondo del pozo y la sección de entrada de la canalización de

succión será fijada en un valor comprendido entre 0.5*d y 1.5*d.

Las cámaras de succión y los pozos de succión pueden presentar formas y dimensiones distintas de

las recomendadas, siempre que fueran ampliamente justificados, en vista a las prescripciones

establecidas.

a) En primera aproximación y como alternativa de las disposiciones, formas y dimensiones

establecidas, la cámara de succión podrá tener la forma y las dimensiones constantes establecidas

en el Figura 3.3.

b) El proceso de dimensionamiento constante de la Figura 3.4, y 3.5, es recomendado para pozos

con una única bomba y es también recomendado para grupos de bombas, empero con las

consideraciones adicionales siguientes: baja velocidad de aproximación, del orden de 0.30 m/s.

c) Las formas, dimensiones y los arreglos indicados en la Figura 3.5 deben ser adoptadas, siempre

que se apliquen todas las restricciones, dimensiones mínimas y formas establecidas.

d) La concordancia entre los fondos del canal de llegada y del pozo, donde están situadas las

canalizaciones de succión, no podrá ser hecha con bordes vivos. Cuando el fondo del canal se halla

en cota superior a la del pozo, la concordancia debe ser hecha mediante plano inclinado con

relación a la horizontal con un ángulo no superior a 45º ver Figura 3.4.

3.6.3 Sumergencia Mínima

Cuando se emplean bombas centrífugas de eje horizontal se debe verificar la sumergencia, esto

es el desnivel entre el nivel mínimo de agua en el cárcamo y la parte superior del colador o criba.

Se debe considerar el mayor valor el que resulte de las siguientes alternativas:

a) Para impedir el ingreso de aire:


_____________________________________________________________________________________________________________________

39

10.05.2 DS

mS 29.0

b) Condición hidráulica:

mS 50.0

Donde:

S = Sumergencia mínima en m

D = Diámetro en la tubería de succión en m D=3‖=0.0762 m

v = Velocidad del agua en m/s v = 0.70 m/seg

g = Aceleración de la gravedad en m/s2 g=9.81 m/seg

2

mS 26.0 mSmS 50.030.0

Figura 3.3: Esquema de la cámara de succión


20.02

5.22

g

vS

10.00762.05.2 S

20.081.92

7.05.2

2

S


_____________________________________________________________________________________________________________________

40

Pozo de succión con deflector

Figura 3.4: Esquema de la cámara de bombeo sin almacenamiento



_____________________________________________________________________________________________________________________

41

DIMENCIONES DEL POZO EN FUNCIÓN AL CAUDAL

Figura 3.5 Caudal Vs Dimensiones de la cámara


Sacando de la Figura 3.5 para un caudal de 0.1 m3/s que es el valor mínimo, como en el proyecto

solo se requiere 0.05 m3/s adoptaremos los valores para el pozo de bombeo para el caudal de 0.1

m3/s, no teniendo valores para menores caudales y a la vez asegurar las dimensiones del pozo de

bombeo.


_____________________________________________________________________________________________________________________

42

Para Q= 0.1 m3/s

Datos Obtenidos de la Figura 3.5.

C = 10 cm.

B = 25 cm.

S = W = 65 cm.

H = 100 cm.

Y = 100 cm.

Para el proyecto se adoptará una sumergencia mínima de S=0.90 [m] para bombas centrífugas

e sto es el desnivel entre el nivel mínimo de agua en el cárcamo y la parte superior del colador o

criba por las dimensiones del pozo de bombeo.

PLANTA CAMARA DE BOMBEO

COMPUERTA

METÁLICA

COMPUERTA

A REJILLASECCIÓN DE

ENTRADA

SENTIDO DE

ESCURRIMIENTO

CANAL DEL DESARENADOR A

LA CÁMARA DE BOMBEO

CANAL CÁMARA DE BOMBEO

A LOS CRIADEROS DE TRUCHA

Hº.Cº. 1:2:4 60%


_____________________________________________________________________________________________________________________

43

CORTE A-A’

TUBERIA DE

SUCCIÓN Ø=3"

N.A min.

CODO DE 90º F.G.

Ø=3"

COMPUERTA

A REJILLA

SECCIÓN DE

ENTRADA

CHUPADOR

DE Br Ø=3"

CANAL DEL DESARENADOR A

LA CÁMARA DE BOMBEO

Figura 3.6 Plano de la cámara de bombeo

3.6.4 Calculo de la tubería de succión

El caudal de diseño de una línea de aducción por bombeo será el correspondiente al caudal

máximo diario (Qmax_d) para el periodo de diseño. Considerando que no es aconsejable mantener

periodos de bombeo de 24 hrs. diarias, habrá que incrementar el caudal de bombeo de acuerdo a

la relación de horas de bombeo, satisfaciendo las necesidades de la población. Por tanto el caudal

de bombeo se calculará por la siguiente ecuación:

N

QQ db

24max_

Donde:

Qb = Caudal de bombeo en l/s

Qmax_d = Caudal máximo diario en l/s

N = Número de horas de bombeo

El caudal que se tomara del rió será de Qrio= 1.59 lts/seg, ya que la vertiente abastece con un

caudal de Qvertiente=1.07 lts/seg.

Donde:

N = Se tomara 12 horas de bombeo con dos bombeos al día (duración de 6 horas).


_____________________________________________________________________________________________________________________

44

El caudal que se bombeara será de Qb = 3.18 lts/seg en dos periodos cada uno de 6 horas una por

la mañana a las 7:00 A.M. hasta 13:00 P.M., y otro por la tarde18:00 P.M. hasta las 24:00 PM.

Diámetro de la tubería de Succión

El diámetro de la tubería de succión puede calcularse con la siguiente expresión:

Donde:

d = Diámetro de la tubería en m

Q = Caudal de bombeo en m3/s

v = Velocidad media de succión en m/s

La velocidad en la tubería de succión debe estar entre 0,60 y 0,90 m/s

Datos:

Q = El caudal de bombeo es de 3.18 lts/seg = 0.00318 m3/seg.

V = La velocidad de succión tomaremos de 0.9 m/seg

lg00.3 pud

El diámetro de la tubería de succión será de d = 3.00 pulgadas

3.6.5 Cálculo de la tubería de impulsión

Diámetro de la tubería de impulsión

Para el cálculo del diámetro económico en instalaciones que no son operadas continuamente,

debe emplearse la siguiente fórmula:

seg

ltsQb 18.3

v

Qd 1284.1

12

2459.1 bQ

v

Qd 1284.1

9.0

00318.01284.1 d

md 067.0


_____________________________________________________________________________________________________________________

45

Donde:

D = Diámetro económico en m

Q = Caudal de bombeo en m3/s

El diámetro de la tubería de impulsión, para distancias cortas puede determinarse en

b ase a la velocidad, que deberá estar entre un rango de 1,50 m/s a 2,0 m/s.

Datos:

Nº de horas de bombeo =12 horas

Q = El caudal de bombeo es de 3.18 lts/seg = 0.00318 m3/seg.

El diámetro de la tubería de impulsión será de d = 2.50 pulgadas

3.6.6 Perdida de carga localizadas de la tubería de succión y tubería de impulsión

El cálculo de la pérdida de carga distribuida a lo largo de la tubería de succión, del colector y de

barrilete, obedecerá al criterio general establecido en el ―reglamento Técnico de Diseño de

QXD 4

1

30.1

24

º bombeodehorasdeNX

24

12

24

º

bombeodehorasdeNX

5.0X

QXD 4

1

30.1

00318.05.030.1 4

1

D

mD 0614.0 lg5.2 puD


_____________________________________________________________________________________________________________________

46

Aducciones para Sistemas de Agua Potable‖.

Para el cálculo de las pérdidas localizadas en tuberías de succión o impulsión, se puede utilizar la

siguiente ecuación:

g

VKh ss

2

2

Donde:

Hs = perdida de carga en m

Ks = Coeficiente de perdida de carga singular adimensional (Ver Tabla 3.5)

V = Velocidad media en la sección en m/s

g = Aceleración de la gravedad en m/s2

Para piezas o accesorios comunes, se utilizaran los coeficientes de perdida de carga especificados

en la Tabla 3.5

Tabla 3.7 Valores aproximados de K( pérdidas de cargas locales)


_____________________________________________________________________________________________________________________

47

*Con base en la velocidad mayor (sección menor)

**Con base en la velocidad en la tubería

Fuente: Manual de hidráulica, Azevedo Netto

Tabal 3.8: Cálculo de las pérdidas localizadas


_____________________________________________________________________________________________________________________

48

PÉRDIDAS LOCALIZADAS

TUBERIA DE SUCCIÓN

Pérdida de craga local Hf

Velocidad en la tuberia de succión 0,9 m/s

Cantidad Pieza y pérdida K Hf (m)

1 Válvula de pie 1,75 0,072248

2 Codos de 90º 0,9 0,074312

Pérdida de carga de los accesorios en (m) 0,15

Velocidad en la tuberia de Impulsión 1,2 m/s

TUBERIA DE IMPULSIÓN

Cantidad Pieza y pérdida K Hf (m)

1 Válvula de retención 2,5 0,183486

2 Válvula compuerta 5 0,733945

4 Codos de 90º 0,9 0,264220

Pérdida de carga de los accesorios en (m) 1,2

Pérdida de carga total localizada en la tuberia de succión y impulsión será de :1,33 m

g

VK

fH

2

2

*

Fuente: Elaboración propia (Ver Anexo)

3.6.6 Perdida de carga por fricción en tuberías de succión y de impulsión

La ecuación de Hazen Williams se usa en problemas de flujo en tuberías. Para el cálculo de las

pérdidas por fricción en tuberías de succión o impulsión, se puede utilizar la siguiente ecuación:

54.063.08494.0 SRCV o también

54.063.22785.0 SDCQ 54.063.0355.0 SDCV

Donde:

V = Velocidad media en la sección en m/s.

R = Radio hidráulico [m] (coeficiente del área de la sección recta por el perímetro

mojado simplificado: D/4).

S = Pendiente de carga de la línea de alturas piezométricas (pérdidas de carga por

Unidad de longitud del conducto [m/m])

C = Coeficiente de la rugosidad relativa de Hazen Williams (Tabla 3.9)


_____________________________________________________________________________________________________________________

49

Tabla 3.9: Coeficiente de rugosidad de Hazen Williams C

Descripción de la tubería Valor de

C

Tuberías rectas muy lisas 140

Tuberías de fundición lisas y nuevas 130

Tuberías de fundición usadas y de acero roblonado nuevas 110

Tuberías de alcantarillado vitrificadas 110

Tuberías de fundición con algunos años de servicio 100

Tuberías de fundición en malas condiciones 80

Tubería de concreto 120

Tubería de plástico 150

Tubería de asbesto-cemento 140

Fuente: Mecánica de Fluidos e hidráulica Shaum ( Ronald V. Giles pag. 250) y

abastecimiento de agua y alcantarillado (Terence J. Mc. Ghee pag. 132)

Cálculo de pérdida de carga para tubería de Succión

54.063.22785.0 SDCQ

Donde:

C = 140 tuberías rectas y lisas

D = diámetro de la tubería de succión D=3‖=0.0762 m

bombapozoLongitud

hS

_

Δh= Altura de pérdida de carga por fricción de la tubería de succión

L = Longitud de la tubería hasta la bomba L = 11.50 m

m

mS 00748.0

bombapozoLongitud

hS

_

50.1100748.0 h

mh 086.0

63.2

54.0

0762.01402785.0

000318.0

S


_____________________________________________________________________________________________________________________

50

La pérdida de carga por fricción en la tubería de succión y las perdidas localizadas darán también

valores bajos. Perdida de carga localizacdas Hf = 0.15 [m] + las perdidas por fricción Δh=0.086

[m], entonces la pérdida total por fricción en la tubería de succiónin será de Δhs=0.236 [m],

Calculo de perdida de carga para tubería de Impulsión

54.063.22785.0 SDCQ

Datos:

C = 140 tuberías rectas y lisas

D = diámetro de la tubería de succión D =2.5”=0.0635 m

bombapozoLongitud

hS

_

Δh= Altura de pérdida de carga por fricción de la tubería de impulsión

L = Longitud de la tubería hasta la bomba L = 150.50 m

63.2

54.0

0635.01402785.0

000318.0

S

- bombapozoLongitud

hS

_

50.15001818.0 h

mh 74.2

La pérdida de carga por fricción en la tubería de impulsión y las pérdidas localizadas darán valores

significantes, perdidas localizadas Hf= 1.20 [m] + las perdidas por fricción en la tubería de

impulsión es de Δh=2.74 [m], entonces la pérdida total por fricción en la tubería de impulsión será

de Δhi=3.94 [m],

m

mS 01818.0


_____________________________________________________________________________________________________________________

51

ehhhhH isisb

3.6.7 Altura manométrica de Bombeo

Para el diseño de la altura manométrica total o altura total de bombeo se deben tomar en

cuenta:

Bombeo con bombas no sumergibles se utilizara bomba centrífuga.

Donde:

Hb = Altura total de bombeo en m

hs = Altura geométrica de succión en m => hs=1.20 [m]

hi = Altura geométrica de impulsión en m => esta entre las cotas 3789-3734 =>

hi=55[m]

∆hs= Altura de pérdida de carga en la tubería de succión en m ∆hs=0.236[m]

∆hi = Altura de pérdida de carga en la tubería de impulsión en m ∆hi =3.94[m]

e = Altura (presión) mínima de llegada al tanque en m

e ≥ 2,00

00.294.3236.000.5520.1 bH

La altura manométrica de bombeo o la altura total de bombeo será de Hb=62.50 [m]

3.6.8 Potencia del equipo de Bombeo

La potencia de la bomba se determinará por la siguiente fórmula:

76

bb

b

HQP

ehhhhH jsisb

mHb 37.62


_____________________________________________________________________________________________________________________

52

ehhhhH isisb

Donde:

Pb = Potencia del equipo de bombeo [Hp]

Qb = Caudal de bombeo en l/s Qb=3.18 l/s =0.00318 [m3/s]

Hb = Altura manométrica total en m Hb=62.50[m]

ε = Eficiencia 70% a 90% ε = 0.7

γ = Peso unitario del agua (1000 Kg/m3) γ=1000Kg/m

3

HpPb 73.37.076

100050.6200318.0

HpPb 0.4

Figura 3.7 Bomba Centrifuga de eje horizontal

Fuente: Guía de Bombas Pedrollo

La bomba tendrá una potencia de Pb= 4.0 [Hp] que impulsará un caudal de Qb=3.18[l/s] a una

altura de Hb = 62.50[m].

Como no tenemos una bomba que impulse un caudal de Qb=3.18[l/s] a una altura de Hb = 62.50[m]

de una potencia de 5.5 se usara una bomba de Pb= 5.5 [Hp] que se encuentra en las tiendas.


_____________________________________________________________________________________________________________________

53

Figura 3.8 Curvas de funcionamiento


Figura 3.9 Datos de funcionamiento de las bombas



_____________________________________________________________________________________________________________________

54

Figura 3.10 Medidas de las bombas


Entrando a las curvas de funcionamiento con un Qb=190.8[l/min] y una altura total de Hb =

62.50[m] la bomba que mas se adecua a estas características exigidas es la bomba centrífuga

birodete (con rodetes contrapuestos) catalogada como: 2CP40/180B.

3.7 CÁLCULO DE VOLUMEN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

3.7.1 Volumen de Regulación

El cálculo del volumen puede ser realizado de dos formas:

a) Curvas de consumo

En el que se toma en cuenta la curva de variaciones horarias de la demanda en el día de

máximo consumo, la curva de consumos acumulados y las características del

sistema (gravedad, bombeo, funcionamiento continuo, discontinuo, etc.).


_____________________________________________________________________________________________________________________

55

HIDROGRAMA DE CONSUMO

t [hr]

%

Q servicio

CAUDAL DE

SERVICIO

242322212019181716151413121110987654321

0 %

100 %

90 %

80 %

70 %

60 %

50 %

40 %

30 %

20 %

10 %

53 %

Figura 3.11 Hidrograma de consumo para la Comunidad de Santa Veracruz

Del hidrograma se sacan 28 unidades para el diseño del tanque de almacenamiento agua.

Sacando el hidrograma de consumo (Figura 3.11).

1 unidad ----------> Qmax_h*(3600/1000)*(1/10%)

1 unidad ----------> 33

90.1%10

3600

1000

128.5 m

seg

lts

m

seg

lts

1 unidad ---------->1.90 (m3)

Realizando una regla de tres:

1 unidad ---------->1.90 (m3)

28 unidades ---------->X

Donde X = Volumen total del tanque

Vtotal = 53.20 [m3]


_____________________________________________________________________________________________________________________

56

b) Coeficientes empíricos

Para sistemas por gravedad, el volumen del tanque de regulación debe estar entre el 15% a

30% del consumo máximo diario.

Para sistemas por bombeo, el volumen del tanque de regulación debe estar entre el 15 a 25%

del consumo máximo diario, dependiendo del número y duración de las horas de bombeo, así

como de los horarios en los que se realicen dichos bombeos.

Para cualquiera de los casos el volumen debe ser determinado utilizando la siguiente

expresión:

tQCV dr .max

Donde:

Vr = Volumen de regulación en [m3]

C = Coeficiente de regulación

Sistemas con tanque semienterrado 0,15 a 0,30

Sistemas con tanque elevado 0,15 a 0,25

Qmax.d= Caudal máximo diario en [m3/día]

t = Tiempo en días, 1 día como mínimo

Vtot = 53.00 [m3]

b) Método analítico

El cálculo se hace mediante la Tabla …….. considerando la ley de demanda las curvas de

consumo la conocemos en función de porcentajes horarios del caudal máximo diário(Qmaxd), en

esta misma forma se expresa la ley de entrada (suministro).

tQCV dr max_día

día

seg

lts

m

seg

ltsVr 1

1

86400

1000

3166.223.0


_____________________________________________________________________________________________________________________

57

En la tabla 3.10 se aprecia que para calcular el volumen, se suman los valores absolutos del

máximo excedente y máximo déficit, 0.10 y 48.25.

De ésta manera tomando en cuenta la referencia, se tienen los volúmenes de regulación del

tanque del sistema.

TABLA 3.10 volumen de regulación para el caso de suministro las 24 horas

CAUDAL DE INGRESO AL TANQUE DE ALMACENAMIENTO (Lts / Seg.) 2,66

TIEMPO DIFER. DE VOL

(HR) entrada Vol. Ingreso demanda hor. Vol. Requer. Vol. En. - Vol Sal

(%) (m3) (%) (m3) (m3) (m3)

0 a 1 40,2 3,85 20 3,80 0,05 0,05

1 a 2 40,2 3,85 20 3,80 0,05 0,10

2 a 3 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -3,65

3 a 4 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -7,40

4 a 5 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -14,95

5 a 6 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -22,51

6 a 7 40,2 3,85 80 15,21 -11,35 -33,86

7 a 8 159,77 15,30 100 19,01 -3,71 -37,57

8 a 9 159,77 15,30 100 19,01 -3,71 -41,28

9 a 10 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -41,18

10 a 11 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -33,49

11 a 12 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -25,79

12 a 13 159,77 15,30 60 11,40 3,90 -21,90

13 a 14 40,2 3,85 60 11,40 -7,55 -29,45

14 a 15 40,2 3,85 50 9,50 -5,65 -35,10

15 a 16 40,2 3,85 50 9,50 -5,65 -40,75

16 a 17 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -44,50

17 a 18 40,2 3,85 40 7,60 -3,75 -48,25

18 a 19 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -48,16

19 a 20 159,77 15,30 80 15,21 0,09 -48,07

20 a 21 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -40,37

21 a 22 159,77 15,30 40 7,60 7,70 -32,67

22 a 23 159,77 15,30 20 3,80 11,50 -21,18

23 a 24 159,77 15,30 20 3,80 11,50 -9,68

1 2 3 4 5 6 7

48,36Volumen del Tanque de Almacenamiento (M3)

DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO DEL TANQUE (Metodo Analítico)

SUMINISTROS (ENTRADAS) DEMANDAS (SALIDAS)VOL ACUM.

FUENTE: Elaboración Propia en base a la Norma NB-689 y observaciones de campo

Donde:


_____________________________________________________________________________________________________________________

58

(1): Tiempo en horas

(2): Entrada o suministro al tanque el 100 % del caudal (Qmax.d), durante 24 horas.

(3): Volumen Total de Ingreso.

(4): Variaciones Horarias de consumo conocidas.

(5): Volumen Requerido

(6): (5) – (3)

(7): Volumen Acumulado de Regulación

3.7.2 Volumen de Reserva

Este volumen prevé el abastecimiento de agua durante las interrupciones accidentales

de funcionamiento de los componentes del sistema situados antes del tanque de

almacenamiento, o durante períodos de reparaciones y mantenimiento de obras de

captación, conducción, tratamiento y/o en casos de falla en el sistema de bombeo, para ello se

recomienda un volumen equivalente 4 horas de consumo correspondientes al caudal máximo

diario.

Se determina mediante

tQV dre max_6.3

Donde:

Vre = Volumen de reserva en m3

Qmax.d = Caudal máximo diario en l/s

t = Tiempo en horas

330.38 mVre

3.7.3 Volumen Contra Incendios

tQV dre max_6.3 hseg

ltsVre 466.26.3


_____________________________________________________________________________________________________________________

59

Este volumen está destinado a garantizar un abastecimiento de emergencia para combatir

incendios. El cálculo del volumen contra incendios, debe ser determinado en

función de la importancia de la zona a servir, de la densidad poblacional y principalmente

las posibilidades de ocurrencia.

El volumen contra incendios debe ser calculado para un período de 2 a 4 hrs mediante la

siguiente expresión:

tiQiVi 6.3

Donde:

Vi = Volumen contra incendios en m3

Qi = Caudal contra incendios en l/s

ti = Tiempo en horas (entre 2 a 4 hrs)

Para poblaciones menores a 10000 habitantes, no es recomendable y resulta antieconómico el

proyectar sistema contra incendio. Se deberá justificar en los casos en que dicha protección sea

necesaria. Por lo tanto en este proyecto no corresponde tomar en cuenta el volumen contra

incendios.

Dimensiones adoptadas para el tanque

Se adoptarán dos tanques cada una de ellas con las siguientes dimensiones:

Longitud = 5.60 m

Ancho = 2.70 m

Alto = 1.80 m

Total de volumen del tanque de regulación Vregulación = 54.50 [m3].

Se construirán dos tanques con las siguientes dimensiones exteriores e interiores:


_____________________________________________________________________________________________________________________

60

MEDIDAS INTERIORES DEL TANQUE 1 y 2

LARGO ANCHO ALTO

m m m

5,60 2,70 2,00

MEDIDAS EXTERIORES DEL TANQUE 1 Y 2 (UNIDOS)

LARGO ANCHO ALTO

m m m

6,00 6,00 2,00

FUENTE: Elaboración Propia (ver Anexos)

3.7.4 Tubería de rebose

La tubería de rebose debe ser dimensionada para posibilitar la descarga del caudal máximo diario

que podrá alimentar al tanque.

Para el cálculo debe emplearse la fórmula general de orificios.

Donde los datos que tenemos son:

Qb = Caudal máximo diario o caudal de bombeo en m3/s. Qb=0.00318 m

3/s

Cd = Coeficiente de contracción. Cd = 0.60.

A = área del orificio de desagüe en m2 A = ?

g = Aceleración de la gravedad en m/s2

g = 9.81 m/s2

h = Carga hidráulica sobre la tubería de desagüe en m. h = 0.05 m

200535.0 mA

mD 083.0

hgC

QA

d

2 05.081.9260.0

00318.0

A

AD

DA

4

4

2

hgACQ d 2


_____________________________________________________________________________________________________________________

61

El diámetro de la tubería de rebose será de D = 0.0889 m que esto da un diámetro en pulgadas de

3.5‖ pero no es un diámetro comercial por lo que utilizaremos D = 4” por lo cual no es inferior

al diámetro de la tubería de ingreso por lo que cumple con la Norma Boliviana NB-689.

3.7.5 Tubería de limpieza

Todo tanque de almacenamiento debe estar provisto de una tubería de limpieza.

La limpieza del tanque será realizada a través de una tubería de descarga de fondo situada por

debajo de su nivel mínimo.

Los tanques con capacidad mayor a 50 m3 deben contar con una cámara de limpieza ubicada por

debajo del nivel del piso y que permita drenar toda el agua del tanque. El volumen de dicha

cámara no será considerado en el cálculo del volumen útil del tanque.

El fondo del tanque debe contar con una pendiente menor al 1% hacia la tubería de limpieza.

Debe proveerse una tubería cuyo diámetro debe ser tal que facilite el vaciado del tanque en

periodo no mayor a 4 horas.

La tubería de limpieza no debe tener una sección menor a 0.015 m2

La tubería de limpieza debe estar provista de válvula compuerta.

La tubería de limpieza no debe descargar en forma directa al alcantarillado sanitario, para lo cual

deben tomarse las previsiones necesarias para evitar contaminaciones, perfectamente se debe

descargar al alcantarillado pluvial.

Para el cálculo del área del orificio de la tubería de limpieza debe utilizarse la fórmula siguiente:

gTCd

hSAo

2

2

Donde:

T = Tiempo de vaciado en segundos T = 1800 seg.

S = Área superficial del tanque en m2. S =15.12 m

2

h= Carga hidráulica sobre la tubería en m. H = 1.80 m


_____________________________________________________________________________________________________________________

62

Cd = Coeficiente de contración. Cd =0.60

Cd = 0.60 a 0.65

Ao = Área del orificio de desagüe en m2 Ao = ?

g = Aceleración de la gravedad en m/s2 g = 9.81 m/s

2

AD

DA

4

4

2

El diámetro de la tubería de limpieza será de D = 0.10 m que esto da un diámetro en pulgadas de

D = 4”.

3.7.6 Coladores

Las aberturas de salida de agua del tanque así como limpieza, deben ser protegidas con un

colador o con rejilla con abertura máxima igual a 5 cm. y con un área total 50 % mayor que la

abertura protegida.

81.9218006.0

80.112.152

Ao 20085.0 mAo

mD 10.0


_____________________________________________________________________________________________________________________

63

ESQUEMAS DISEÑADOS (PLANOS)

U.U.

COPLA FG Ų 21/2"

LLp

TRANSICIÓN FG Ų 21/2" Pte. 1%

Losa de Piso Ho Ao FG Ų 1 1/2"TUB. VENTILACIÓN

LLp

LLp

Pte. 1%

Pte. 1%

Pte. 1%

TUB. VENTILACIÓNFG Ų 1 1/2"

COPLA FG 4"

TUB. A LA RED PVC Ų 4"

ADAPTADOR R-E PVC Ų 4"

BR.Ų 4"LL.PASO U.U.

FG.Ų 4"

U.U. TEE

TEEU.U.

U.U.

CODOU.U.

U.U. CODO

CODO

CODOU.U.

FG.Ų 4"U.U.LL.PASO

BR.Ų 4"

COLADORBR. Ų 4"

COLADORBR. Ų 4"

TEE

TUB. REBOSE Y LIMPIEZAFG Ų 4"

FG Ų 4"

TUB. REBOSE Y LIMPIEZA

DRENAJE

DRENAJE

FG Ų 2"TRANSICIÓN

LLp

COPLA FG Ų 2"

U.U.

DRENAJETUBERIA PVC Ų 1"

TUBERIA PVC Ų 1"DRENAJE

Losa de Piso Ho Ao


_____________________________________________________________________________________________________________________

64

TUB. DRENAJEPVC Ų1"

Tuberķa de drenajePVC Ų1"

N.A.

PVC a FG Ų2"TRANSICIÓN

COPLA FG Ų2" MURO DE H° A°

con SIKA-1

U. U. FG Ų 2"

Ų 4"LLp

TUB. REBOSE Y LIMPIEZA

COPLA FG 4"

ADAPTADOR R-E PVC Ų 4"

REVOQUE Y ENLUCIDO

SOLADURA DE PIEDRA

Losa de Piso Ho Ao

LLAVE PASO BR. Ų 2"

CODO FG. Ų 2"

1%Chaflį n

LOSA TAPA H° A°

CODO

TUBERĶA PVC Ų 4"

LLp

BR. Ų 4"COLADOR

TUBO DE VENTILACIÓNSeguro y candado

FG Ų 4" LONGITUD MINIMA

FG Ų 11/2" (Con malla milimétrica)

TUB. A LA RED

TAPA DE INSPECCION

PVC Ų 4"

DE 5 m; UN Ų COMERCIALMAYOR QUE EL Ų DE LATUBERIA DE ENTRADA


TUBO DE VENTILACIÓN

LOSA TAPA H° A°

Chaflį nLosa de Piso Ho Ao

SOLADURA DE PIEDRA

TUBERIA DE INGRESO

FG Ų 2"

N.A.

TUBO DE VENTILACIÓN


FG Ų 2 1/2"

TUBERIA DE INGRESO

PANTALLA

Figura 3.12 Plano del Tanque de Almacenamiento


_____________________________________________________________________________________________________________________

65

3.7.7 Aspectos complementarios

Altura revancha

El tanque de almacenamiento debe estar previsto de una altura de revancha o altura libre por

encima del nivel máximo de aguas, a fin de contar con un espacio de aire ventilado. La altura de

revancha no debe ser menor a 0.20 m.

Revestimiento interior

Todas las áreas que existieran al interior del tanque y situadas por debajo del nivel mínimo de

agua, cuya profundidad fuera superior a 1.0 m, deben ser protegidas con una rejilla construida de

material a prueba de corrosión, con aberturas menores de 0.01 m2.

Cubierta

La cubierta del tanque, será impermeable y continua, se considerará una cubierta continua a

aquella constituida por elementos unidos por juntas flexibles empotrados en los elementos que

conforman la cubierta.

Además de la impermeabilidad intrínseca de la cubierta, su superficie superior, debe ser revestida

con capas de materia asfáltica o de otro material impermeabilizante que sea capaz de adherirse a

la cubierta.

La cubierta debe tener una pendiente mínima del 2%

Descarga de agua

Las descargas de agua provenientes de uno o más tanques deben ser conducidas hasta un curso

receptor mediante un conducto dimensionado para un caudal por lo menos igual al máximo

caudal conducido hasta los tanques.


_____________________________________________________________________________________________________________________

66

Facilidades para mantenimiento

Para el dispositivo del cierre de las tuberías de entrada, salida y de limpieza deben ser instalados

de tal manera que puedan ser reparados aún cuando el tanque se encuentre lleno de agua, de

modo que su remoción pueda ser hecha sin que sea necesario cortar o destruir parte de las

instalaciones.

Previsión contra rupturas

Cuando las tuberías de entrada, salida o limpieza fueran instaladas por debajo del fondo del

tanque, deben ser previstos dispositivos para impedir la ruptura de las mismas y para no

perjudicar la fundación del tanque.

Limitadores de Nivel

En tanques elevados, debe disponerse de un dispositivo limitador del máximo de agua, destinado

a impedir la pérdida de agua a través del rebosadero.

Ventilación

Los tanques deben contar con dispositivos para ventilación, que permitan la entrada y salida del

aire de su interior.

Los orificios o tuberías para ventilación deben ser protegidos con malla milimétrica para evitar la

penetración de los insectos y pequeños animales.

Acceso de inspección

Cada tanque debe contar por lo menos con una abertura para la inspección ubicada en su cubierta

con una dimensión mínima igual a 0.60m x 0.60m o igual a la necesaria para posibilitar el paso

de los equipos o dispositivos previstos en su interior.


_____________________________________________________________________________________________________________________

67

Los bordes de las aberturas para inspección deben situarse por lo menos 5 cm. más alto de la

superficie de cubierta de tanque.

Indicador del Nivel

Los tanques deben ser dotados de un dispositivo indicador de la posición de nivel de agua.

No deben ser empleados dispositivos que sean capaces de dañar la calidad de agua.

Medidor de caudal

Se debe colocar un medidor registrador de caudal en la tubería de salida del tanque, que permita

determinar los volúmenes suministrados en forma diaria, así como las variaciones de los

caudales.

El medidor de caudal debe ser considerado para poblaciones superiores a 10000 habitantes.

Para evitar la formación de algas en el interior del mismo.

Cerco de protección

Los tanques de almacenamiento deben estar protegidos mediante un cerco o muro con una altura

y resistencia necesaria, para evitar el acceso directo de personas no autorizadas o animales.

Escaleras interiores

Se proveerán escaleras interiores en el caso que la altura del tanque exceda de 1.2 m, con las

protecciones necesarias.

Las escaleras en el interior de los tanques, deben tener las siguientes características:

Serán verticales y formadas por dos largueros que sustenten los peldaños espaciados 0.30 m

como máximo.


_____________________________________________________________________________________________________________________

68

Los largueros se apoyaran en el fondo y se sujetarán a la losa de cubierta junto a una abertura de

inspección.

3.8 DESINFECCIÓN EN SISTEMAS DE AGUA POTABLE

La desinfección es el proceso mediante el cual se adicionan substancias químicas al agua para

inactivar todo tipo de microorganismo de tal forma de que el agua logre ser apta para consumo

humano.

3.8.1 Desinfección del Agua para Consumo Humano

Para realizar el adicionamiento de los desinfectantes al agua, se emplean los siguientes

equipos dosificadores:

• Dosificador de flujo y carga constante: consiste de dos recipientes, el primero o superior

para cargar la solución y el segundo o inferior para dosificar la solución con carga constante.

(Ver Figura 3.13).

Figura 3.13: Hipoclorador de carga constante Fuente: Guía Técnica de Sistemas de Agua Potable


_____________________________________________________________________________________________________________________

69

La desinfección puede ser realizada empleando diferentes substancias químicas

oxidantes; sin embargo, las más corrientes para poblaciones menores a 10.000

habitantes en Bolivia son: Hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio. El hipoclorito de

calcio ofrece ventajas por su contenido de cloro activo (70%)(nombre comercial HTH),

haciendo que la operación de aplicación sea menos dificultosa, frente al manejo de

soluciones de hipoclorito de sodio con 8 al 15 % de cloro activo.

El rendimiento de la desinfección depende del valor del PH. Debe estar entre 6.5 y 8.5. Con

estos valores se garantiza mayor formación de ácido hipocloroso y mayor eficiencia en el

proceso de desinfección.

El hipoclorito de calcio, para su aplicación requiere de tinas de preparación, las mismas que

servirán para sedimentar el material insoluble (cal) y una tina de dosificación o unidades

de dosificación (dosificadores de flujo constante o bombas dosificadores). Se debe diseñar la

infraestructura adecuada para las tinas de solución hacer esta determinación se puede aplicar 1

mg/l de cloro como mínimo y ajustarla gradualmente para obtener 0,2 a 0,5 mg/l de cloro

residual libre en el punto más alejado de la red.

3.8.2 Cálculo del Peso de Hipoclorito de Calcio [Ca(O Cl)2].

Datos:

Q =3.18 l/s = 11.45 m3/h

d = 1 gr/m3 = 0.1% (concentración deseada en el agua)

c = 10 % (concentración de la solución líquida de hipoclorito de calcio).

r = 70 % (porcentaje de cloro activo en el hipoclorito de calcio comercial)

t = 24 h

dQP *

Donde:

P = Peso de cloro en gr/h

Q = 11.45 m3/h Caudal de agua a clorar en m3/h

d =1 gr/m3 Dosificación adoptada en gr/m3

h

m

h

s

l

m

s

lQ

33

45.111

3600

1000

118.3


_____________________________________________________________________________________________________________________

70

h

gr

m

gr

h

mdQP 45.11

145.11*

3

3

h

grh

h

grP

24

8.2742445.11

El peso del cloro será de P=11.45 gr/h

El peso del cloro para 7 dias será de 1.923 Kg.

3.8.3 Cálculo del Peso del Producto Comercial

r

PPc

100

Donde:

Pc = Peso del producto comercial en gr/h

r = 70% Porcentaje del cloro activo que contiene el producto comercial (%).

P = 11.45 gr/h Peso del cloro en gr/h.

h

grhgr

r

PPc 36.16

70

100/45.11100

hKggr

kg

h

grPc /01636.0

1000

136.16 ó

h

Kgh

h

kgPc

24

3926.02401636.0

El peso del producto comercial Pc=16.36 gr/h

El peso del producto comercial en 7 días será 2.74 Kg

3.8.4 Cálculo de la Demanda Horaria de Solución Desinfectante

Donde:

Pc = 0.016 kg/h Peso del producto comercial en kg/h

qs = Demanda horaria de la solución en l/h, asumiendo que la densidad de1 litro

de la Solución pesa 1 kg.

c = 10% Concentración de la solución (%).

El valor de qs permite seleccionar el equipo dosificador requerido.

h

ltshlts

c

Pcqs 1636.0

10

100/01636.0100

c

Pq c

s

100


_____________________________________________________________________________________________________________________

71

El peso del producto comercial será de qs =0.1636 lts/h

El peso del producto comercial para 7 día será de 27.48 Kg

3.8.5 Cálculo del Volumen de la Solución

tqV ss *

Donde:

qs = 0.1636 l/h Demanda horaria de la solución en l/h

Vs =Volumen de la solución en litros (correspondiente al volumen útil de las

tinas de preparación). l

t = 24 hr Tiempo de uso de las tinas de solución en horas h 6-8-12-24 h

Se debe especificar el tiempo t en ciclos de operación de 6 horas (4 ciclos), 8 horas (3

ciclos) y 12 horas (2 ciclos) correspondientes al vaciado de las tinas y carga de nuevo volumen

de solución utilizaremos de 24 horas.

ltshltqV ss 93.324/1636.0*

El volumen de la solución será de Vs =3.93 lts

El volumen de la solución es de Vs=3.93 lts para un día y el volumen requerido para los 7 días

de la semana será de Vs= 27.51 lts.

3.8.6 Elección del equipo

Tinas de hipoclorito de calcio para 7 días

Con el Vs = 27.51 lts escogemos una tina de Vs = 30.00 lts.

Dosificadores de solución

Con el valor de qs = 0.3616 l/h

Escogemos un dosificador cuyas medidas sean apropiadas de largo, ancho y alto.

ESQUEMAS DISEÑADOS (PLANOS)


_____________________________________________________________________________________________________________________

72

de solución

Tanque

Tablones

Vigas de 3"x 2"

Dosificador

Vį lvula de flotador

PVC Ų 1/2"

De la aducción

Listón de 2"x2"

Calamaina

Pared de ladrillo

Tuberia de alimentación

al dosificador PVC Ų1/2"

Microgrķfo

Al tanqueLosa tapa tanque

de almacenamiento

N.A.

Pared de ladrillo

Tanque

Tuberia de limpieza

PVC Ų 3/4"

Tuberia de alimentación

de solución


_____________________________________________________________________________________________________________________

73

Listón de 2"x2"

Calamaina

Viga 3"x2"

Tablón

Tanque de solución

Llave de paso Ų 3/4"

del tanque de Disolución

Dosificador

del dosificador PVC Ų1/2"Tuberia de limpieza

PVC Ų 3/4"

Tuberia de limpieza

Lave de paso Ų 3/4"Al tanque

Dosificador

Pared de ladrillo

Tuberia de descarga

Figura 3.14 Plano del Hipoclorador de Carga Constante

3.9 CÁLCULO HIDRAULICO DE AGUA POTABLE


_____________________________________________________________________________________________________________________

74

Calculated Percent Full Varying Time

Tank: T-1

Time

(hr)

(%

)C

alc

ula

ted P

erce

nt F

ull

10,0

16,0

22,0

28,0

34,0

40,0

46,0

52,0

58,0

64,0

70,0

76,0

82,0

88,0

94,0

100,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0

Base

3.9.1 RED DE ADUCCIÓN Y DISTRIBUCION

La simulación del funcionamiento hidráulico del sistema, se ha realizado en el paquete

computacional WATER CAD Versión 4.5, el cual realiza una comparación de los diferentes

componentes del sistema que se basa a partir de procesos iterativos Hardy Cross, para realizar las

aproximaciones y utiliza la fórmula de Manning o de Hazen & Williams para el cálculo de

pérdida de cargas.

Luego de cumplir con los requisitos tanto de los caudales, como de la calidad del agua, se ha

considerado que el caudal para el cálculo hidráulico será el Caudal Máximo Horario (Qmaxh =

5.28 lts/seg.). Dentro de este análisis se ha considerado la presión estática máxima recomendada

por la Norma Boliviana N.B. 689, tomando como límite máximo el 80 % de la presión de trabajo

de la tubería a emplearse. La velocidad máxima en la red de distribución será de 2 m/s. La

velocidad mínima en ningún caso será menor de 0.30 m/s pero según la norma para poblaciones

menores a 5000 hab. y en la red de distribución se pueden aceptar velocidades menores.

Dada la topografía del terreno y tomando en cuenta que se debe garantizar las presiones en toda

la red de Distribución, se emplazará el tanque de almacenamiento en la cota 3789 m.s.n.m. La

elección de la tubería a emplearse es muy importante, para lo cual se recomienda el uso de

tubería SUPER PEAD con resistencia de trabajo de 8,00 bar o aproximadamente 80,0 m.c.a. por

las características de la zona.

Figura 3.15 Curva del funcionamiento del tanque Figura 3.16 Hidrograma de consumo

HIDROGRAMA

Stepwise Pattern

Time

(hr)

Multip

lie

r

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0


_____________________________________________________________________________________________________________________

75

Tabla 3.7 Reporte de tuberías (Water Cad)

REPORTE DE TUBERIAS

Label Velocity Length Diameter

Material Hazen- Discharge Headloss

(m/s) (m) (in) Williams C (l/s) Gradient (m/km)

P-1 0,72 0,01 3 Ductile Iron 130 3,29 0

P-2 1,04 275,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47

P-3 1,04 108,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47

P-4 1,04 40,5 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47

P-5 1,04 194 2,5 Ductile Iron 130 3,29 22,47

P-6 0,66 193,5 4 PVC 150 5,32 4,24

P-7 0,66 41,5 4 PVC 150 5,32 4,25

P-10 0,65 129 4 PVC 150 5,27 4,17

P-11 0,36 93 1 PVC 150 0,18 7,03

P-12 0,35 19,5 0,75 PVC 150 0,1 9,3

P-13 0,18 115 0,75 PVC 150 0,05 2,62

P-14 0,14 121 0,75 PVC 150 0,04 1,68

P-15 0,62 139,65 4 PVC 150 5 3,78

P-18 0,59 112 4 PVC 150 4,79 3,5

P-19 0,35 128 0,75 PVC 150 0,1 9,34

P-21 0,56 114 4 PVC 150 4,52 3,14

P-22 0,36 142 0,75 PVC 150 0,1 10,07

P-25 0,18 111,5 0,75 PVC 150 0,05 2,71

P-26 0,51 139,5 4 PVC 150 4,15 2,69

P-27 0,79 110 0,75 PVC 150 0,22 42,36

P-28 0,29 132 0,75 PVC 150 -0,08 6,58

P-29 0,47 132 4 PVC 150 3,79 2,27

P-31 0,02 265 0,75 PVC 150 -0,01 0,06

P-32 0,45 139,5 4 PVC 150 3,65 2,12

P-33 0,73 110 0,75 PVC 150 0,21 36,79

P-34 0,72 132 3 PVC 150 3,27 7,02

P-36 0,17 119 0,75 PVC 150 0,05 2,61

P-37 0,67 227,5 3 PVC 150 3,08 6,26

P-38 0,66 61,5 3 Ductile Iron 130 3 7,8

P-39 0,11 111,5 0,75 PVC 150 0,03 1,19

P-40 0,69 166,5 0,75 PVC 150 0,2 33,04

P-41 0,17 128 0,75 PVC 150 0,05 2,53

P-43 0,34 109 0,75 PVC 150 0,1 9,11

P-44 0,17 113 0,75 PVC 150 0,05 2,53

P-45 0,6 89 3 PVC 150 2,74 5,05

P-46 0,29 129 0,75 PVC 150 0,08 6,47

P-48 0,57 112 3 PVC 150 2,59 4,55

P-49 0,36 139,5 0,75 PVC 150 0,1 9,81

P-51 0,52 112,5 3 PVC 150 2,39 3,91

P-52 0,28 113,5 0,75 PVC 150 0,08 6,26

P-53 0,48 72 3 PVC 150 2,2 3,37

P-54 0,24 113,5 0,75 PVC 150 0,07 4,56

P-55 0,45 65 3 PVC 150 2,04 2,93

P-56 0,25 114,5 0,75 PVC 150 0,07 5,02

P-57 0,41 93 3 PVC 150 1,87 2,48

P-58 0,22 113,5 0,75 PVC 150 0,06 3,95


_____________________________________________________________________________________________________________________

76

P-59 0,38 80 3 PVC 150 1,71 2,11

P-60 0,28 110,5 0,75 PVC 150 0,08 6,23

P-61 0,34 110,5 3 PVC 150 1,55 1,76

P-62 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,22

P-64 0,43 112 2,5 PVC 150 1,35 3,34

P-65 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,34

P-67 0,56 112 2 PVC 150 1,13 7,11

P-69 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,29

P-71 0,41 112 1,5 PVC 150 0,47 5,6

P-72 0,35 129 0,75 PVC 150 0,1 9,29

P-74 0,39 112 1 PVC 150 0,2 8,37

P-75 0,31 114 0,75 PVC 150 0,09 7,69

P-77 0,36 82 1,5 PVC 150 0,41 4,42

P-78 0,22 61 0,75 PVC 150 0,06 3,88

P-80 0,14 126,72 0,75 PVC 150 0,04 1,66

P-83 0,13 107,43 0,75 PVC 150 -0,04 1,43

P-84 0,49 119,5 1 PVC 150 -0,25 12,51

P-85 0,21 174,5 1 PVC 150 0,11 2,55

P-86 0,2 75,1 0,75 PVC 150 0,06 3,5

P-87 0,1 129,5 0,75 PVC 150 0,03 0,92

P-88 0,25 0,01 3 Ductile Iron 130 1,16 0

P-89 0,57 0,5 2 Ductile Iron 130 1,16 10,12

P-102 0,17 50 0,75 PVC 150 0,05 2,58

P-103 0,17 78 0,75 PVC 150 0,05 2,59

P-104 0,25 49,5 0,75 PVC 150 0,07 4,95

P-105 0,25 60,5 0,75 PVC 150 0,07 4,95

P-106 0,66 520,5 4 PVC 150 5,32 4,24

P-107 0,66 138,5 4 PVC 150 5,32 4,24

Fuente: Salida de datos (Water Cad) Ver Anexo

Tabla 3.8 Reporte de los nudos (Water Cad)

REPORTE DE LOS NUDOS

Label Elevation Demand

Pattern Demand Pressure

(m) (l/s) (Calculated) (l/s) (m H2O)

J-1 3.740,00 0 HIDROGRAMA 0 57,044

J-2 3.739,80 0 HIDROGRAMA 0 54,812

J-3 3.739,00 0 HIDROGRAMA 0 54,702

J-4 3.739,00 0 HIDROGRAMA 0 49,535

J-5 3.739,80 0 HIDROGRAMA 0 48,561

J-6 3.714,50 0,05 HIDROGRAMA 0,05 68,912

J-8 3.721,50 0,09 HIDROGRAMA 0,09 61,393

J-9 3.726,90 0,04 HIDROGRAMA 0,04 55,354

J-10 3.728,00 0,05 HIDROGRAMA 0,05 54,076

J-11 3.726,30 0,05 HIDROGRAMA 0,05 55,471

J-12 3.727,20 0,04 HIDROGRAMA 0,04 54,853

J-13 3.720,80 0,16 HIDROGRAMA 0,16 61,565

J-14 3.712,40 0,05 HIDROGRAMA 0,05 62,392

J-16 3.718,35 0,17 HIDROGRAMA 0,17 63,617

J-17 3.714,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 65,816

J-19 3.714,00 0,19 HIDROGRAMA 0,19 67,599

J-20 3.711,00 0,1 HIDROGRAMA 0,1 69,166

J-22 3.707,90 0,1 HIDROGRAMA 0,1 67,796

J-23 3.706,80 0,05 HIDROGRAMA 0,05 68,591


_____________________________________________________________________________________________________________________

77

J-24 3.720,60 0,13 HIDROGRAMA 0,13 60,642

J-25 3.711,30 0,15 HIDROGRAMA 0,15 65,271

J-26 3.722,95 0,14 HIDROGRAMA 0,14 57,998

J-28 3.716,70 0,15 HIDROGRAMA 0,15 59,901

J-29 3.723,95 0,17 HIDROGRAMA 0,17 56,706

J-30 3.724,90 0,2 HIDROGRAMA 0,19 54,834

J-32 3.716,20 0,05 HIDROGRAMA 0,05 60,09

J-33 3.721,95 0,07 HIDROGRAMA 0,07 56,355

J-34 3.721,30 0,04 HIDROGRAMA 0,04 56,525

J-35 3.722,20 0,03 HIDROGRAMA 0,03 55,495

J-36 3.719,90 0,05 HIDROGRAMA 0,05 52,434

J-37 3.717,00 0,05 HIDROGRAMA 0,05 55,004

J-39 3.718,95 0,05 HIDROGRAMA 0,05 52,39

J-40 3.717,20 0,05 HIDROGRAMA 0,05 53,851

J-41 3.723,50 0,07 HIDROGRAMA 0,07 53,883

J-42 3.724,10 0,08 HIDROGRAMA 0,08 52,452

J-44 3.727,20 0,1 HIDROGRAMA 0,1 49,684

J-45 3.728,90 0,1 HIDROGRAMA 0,1 46,623

J-47 3.729,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 46,502

J-48 3.730,70 0,08 HIDROGRAMA 0,08 45,045

J-49 3.731,20 0,09 HIDROGRAMA 0,09 45,013

J-50 3.732,15 0,07 HIDROGRAMA 0,07 43,545

J-51 3.733,40 0,1 HIDROGRAMA 0,1 42,629

J-52 3.733,50 0,07 HIDROGRAMA 0,07 41,955

J-53 3.736,20 0,09 HIDROGRAMA 0,09 39,605

J-54 3.734,80 0,06 HIDROGRAMA 0,06 40,554

J-55 3.739,00 0,08 HIDROGRAMA 0,08 36,643

J-56 3.736,75 0,08 HIDROGRAMA 0,08 38,201

J-57 3.743,10 0,1 HIDROGRAMA 0,1 32,359

J-58 3.738,15 0,1 HIDROGRAMA 0,1 36,111

J-60 3.747,50 0,12 HIDROGRAMA 0,12 27,598

J-61 3.742,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 30,935

J-63 3.753,00 0,16 HIDROGRAMA 0,16 21,318

J-65 3.747,95 0,1 HIDROGRAMA 0,1 25,16

J-67 3.758,60 0,17 HIDROGRAMA 0,17 15,106

J-68 3.749,80 0,1 HIDROGRAMA 0,1 22,689

J-70 3.760,85 0,11 HIDROGRAMA 0,11 11,926

J-71 3.753,95 0,09 HIDROGRAMA 0,09 17,934

J-73 3.750,50 0,1 HIDROGRAMA 0,1 23,45

J-74 3.747,90 0,02 HIDROGRAMA 0,02 25,807

J-76 3.748,30 0,04 HIDROGRAMA 0,04 25,199

J-78 3.749,50 0,04 HIDROGRAMA 0,04 22,804

J-79 3.757,00 0,11 HIDROGRAMA 0,11 15,476

J-80 3.766,80 0,05 HIDROGRAMA 0,05 5,256

J-81 3.765,50 0,03 HIDROGRAMA 0,03 6,291

J-82 3.757,70 0,03 HIDROGRAMA 0,03 13,952

Fuente: Salida de datos (Water Cad) Ver Anexo

diseño de agua potable

Documents