Capitulo7 DefSisiMod-LaLeonera

SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
7.-
DEFINICION DEL SISTEMA MODELO
En el presente capítulo se describen los criterios adoptados para la optimización de la
infraestructura de la Empresa Real, se resumen las bases de cálculo y criterios de
dimensionamiento de las obras de agua potable y alcantarillado y se realiza el planteamiento de
las soluciones para el modelamiento de los sistemas.
7.1.-
Criterios de Optimización de Infraestructura
Para la definición y dimensionamiento de la empresa modelo, plan de expansión y
proyecto de reposición, se considera el cumplimiento de la normativa chilena vigente aplicable a
las empresas sanitarias.
La demanda se calculó con cumplimiento de las criterios señalados en el capítulo 3 de la
bases.
El dimensionamiento de la infraestructura asociada al proyecto de reposición de la
empresa, se efectuó para satisfacer, sin holguras, la demanda anual actualizada o demanda de
autofinanciamiento (Q*). El dimensionamiento sólo podrá diferir del estrictamente asociado a
esta demanda, por consideraciones a los tamaños comerciales existentes en el mercado.
A continuación se presentan los criterios generales que se utilizan para la optimización
de los sistemas de la Empresa Particular de Agua Potable y Alcantarillado La Leonera (La
Leonera S.A.), los que corresponden a los indicados en las Bases Definitivas del Estudio
Tarifario, de las cuales a continuación se indican los criterios más relevantes y se señalan otros
aspectos particulares considerados.
a)
Criterio general de eficiencia
Se entenderá que existe una política de inversiones y gestión es eficiente, si la elección
de alternativas se efectúa en consideración al mínimo costo en valor presente y teniendo
en cuenta todas las opciones técnicas existentes en el mercado a la fecha del estudio.
b)
Fuentes de Información
Las fuentes de información adoptadas para el estudio son las siguientes:
-
Planes de Desarrollo de La Leonera S.A.
Criterios de cálculo de demanda definidos en las Bases
Demanda acordada entre La Leonera S.A. y la SISS
Bases Definitivas para el Estudio Tarifario de La Leonera S.A.
Estudio Tarifario del Proceso anterior.
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c)
Sistema de Información de Fuentes de la SISS, con información proporcionada por
la empresa.
Antecedentes requeridos para la elaboración del Estudio Tarifario La Leonera S.A.,
del presente año, enviado por la empresa.
Visita a terreno de personal de la SISS a los sistemas de La Leonera S.A. en Abril
2004.
Planos y antecedentes recopilados en visita a terreno de Abril del 2004.
Año Base
Se considera como año base para el cálculo tarifario, el año 2004, por lo que el número
de arranques y uniones domiciliarias, que se ingresan al modelo, son los proyectadas
para dicho año.
d)
Priorización de fuentes
En la etapa de producción se priorizan las captaciones de agua de acuerdo al menor
costo en valor presente, incluyendo el valor del agua cruda.
En relación con los derechos de aprovechamiento de aguas otorgados por la Dirección
General de Aguas (DGA), se considera que la capacidad de explotación de la captación
es idéntica al caudal concedido por dicho servicio.
e)
Seguridad en Fuentes
Fuentes subterráneas: Si la totalidad del servicio, o una parte independiente de él, se
abastece exclusivamente desde un sondaje, se debe considerar una fuente alternativa,
la que podrá ser un sondaje de reserva de igual capacidad. Si el servicio o sector
independiente se abastece de más de un sondaje y si ninguno de ellos produce más del
20% del caudal total correspondiente al servicio o sector, no se consideran fuentes
alternativas. En caso contrario, se debe considerar una fuente alternativa, la que puede
ser un sondaje de reserva cuya capacidad debe permitir abastecer, junto a las restantes
captaciones en operación, el 80% de la demanda de autofinanciamiento, considerando
que el sondaje que no funciona es el de mayor capacidad.
f)
Tratamiento del agua potable
El agua entregada al consumo debe cumplir necesariamente con la Norma Nch 409 Of
84, por lo cual los sistemas de producción deben incluir el tratamiento adecuado a las
características físico - químicas y bacteriológicas, que la empresa ha informado a la
Superintendencia, para cada una de sus fuentes. En los casos de abastecimiento desde
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fuentes superficiales, se considera obligatoriamente tratamiento mediante la filtración del
agua, de acuerdo a Resolución SISS N°1745 del 11 de Agosto de 1999.
Se considerará en el modelamiento de la Empresa los sistemas, la cloración y posterior
fluoruración del agua, agrupando dichas instalaciones en un solo recinto.
g)
Pérdidas
Para la etapa de producción se considera, para las fuentes que cuentan con plantas de
tratamiento de agua potable, una pérdida del 5% del volumen producido. En la etapa de
distribución, la pérdida será de un 15% del volumen producido descontadas las pérdidas
en las plantas de tratamiento.
h)
Caudales de Infiltración y Aguas Lluvias
No se considera caudal por infiltración ni aportes por ingreso de aguas lluvias al
alcantarillado.
i)
Criterios de Modelamiento de Redes
Los diámetros mínimos a considerar son los señalados en la Norma Nch 691 Of 98 y
Nch 1105 Of 98.
Para el modelamiento se utilizó la longitud de redes informada por la Empresa,
eliminando las cañerías por duplicidad, para lo que escogió la de menor diámetro.
La empresa no justificó sus paralelismos, por lo que se consideró como porcentaje de
duplicidades no justificadas, un 10% de las redes de agua potable y de alcantarillado
respectivamente, el que se aplicará a cada clase diamétrica, vale decir, se considerará
un descuento del 10% de la longitud de cada diámetro.
Redes mayores y menores
Para el modelamiento de las redes de distribución y recolección, éstas se dividen en
conducciones mayores y redes propiamente tales.
Las redes corresponden a las tuberías a las que se conectan los arranques de agua
potable o las uniones domiciliarias de alcantarillado, según corresponda. Se considera
crecimiento de estas redes con el crecimiento del número de clientes en el tiempo.
Las conducciones mayores de las redes de agua potable y alcantarillado, que
corresponden básicamente a alimentadoras y colectores interceptores, se modelan en
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forma independiente, acotando su diámetro máximo según criterio explicado más
adelante.
A continuación se presenta un cuadro con los diámetros máximos que definen las redes
de los sistemas de agua potable y alcantarillado, en función del número de arranques.
CUADRO N 7.1
DIAMETROS MAXIMOS REDES AGUA POTABLE Y AGUAS SERVIDAS
j)
Número de
arranques
Diámetro Máximo Red
Agua Potable
Diámetro Máximo Red
Agua Servidas
0 – 1.500
150 mm
200 mm
1.500 – 5.000
200 mm
250 mm
5.000 – 20.000
250 mm
300 mm
20.000 – 100.000
300 mm
400 mm
Conducciones Mayores de Distribución y Recolección
Para las conducciones mayores de la red de agua potable, se considera un diámetro
determinado por una velocidad de 1,5 m/s para la demanda de autofinanciamiento del
sector a abastecer. Las cañerías de diámetros mayores al máximo así determinado, se
valorizarán con el diámetro máximo calculado.
Para las conducciones mayores de la red de aguas servidas en presión, se considera un
diámetro determinado por una velocidad de 1,5 m/s para la demanda de
autofinanciamiento del sector a sanear.
Para las conducciones mayores de la red de aguas servidas tipo acueductos, se
considera un diámetro determinado con un máximo calculado para portear la demanda
(Q*) asociada a los sectores de consumo, con una pendiente de un 5 ‰ (cinco por mil)
y una altura de escurrimiento H/D = 0,70. Las cañerías de diámetros mayores al máximo
así determinado, se valorizan con el diámetro máximo calculado.
El diámetro máximo de conducción que se acepta en la modelación de las redes de
agua potable y disposición de aguas servidas, queda dado por el diámetro de la tubería
capaz de conducir la demanda para el año de autofinanciamiento.
Los diámetros mayores de la red de agua potable y aguas servidas, se valorizan como
red y su dimensión es igual a la informada, pero acotada al diámetro máximo
determinado.
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Crecimiento de las redes
La proyección de las redes de agua potable y alcantarillado se realiza en base a un
indicador de longitud de red por arranque o unión domiciliaria según sea el caso,
corregido este último indicador por la cobertura potencial informada por la empresa. La
red a considerar para abastecer la demanda de autofinanciamiento se determina
haciendo crecer la red de menores diámetros de acuerdo al indicador definido para la
localidad o sistema.
Las conducciones mayores de las redes, definidas de acuerdo al criterio señalado en el
Cuadro 7.1, se consideran de longitud constante, es decir no crecen en el tiempo.
El crecimiento de la red se determina con el siguiente procedimiento:
-
En cada sistema se calcula la longitud de red por arranque:
 = L total
de red
/ Número total de Arranques
-
Por cada sistema se determinan los arranques al año del Q*.
-
Se determina luego la longitud de red al año del Q*:
L total al año Q* = (A* x )
Donde A* es arranques al año del Q* y  es la densidad de red (m/arr).
Una vez obtenida la longitud de red al año Q*, se distribuye por diámetro manteniendo la
proporción existente.
Finalmente se valoriza la red de acuerdo con la ponderación de diámetros calculada
inicialmente.
Igual procedimiento se utiliza para determinar la longitud de red de aguas servidas, a
partir de las UD.
Para optimizar las redes de distribución y recolección, se han descontado las
duplicidades no justificadas de cañerías, que no forman parte de la red eficiente.
Para el modelamiento de las redes de distribución se considera, además:
 Tuberías enterradas a 1,1 m sobre la clave.
 Una válvula de acuartelamiento, en cámara y con piezas especiales, cada 300 m para
las cañerías de diámetro menor a 450 mm.
 Un grifo, con cámara de válvulas, cada 500 m de red para cañerías de diámetro inferior
a 450 mm.
 Para diámetros mayores o iguales a 450 mm, que corresponden a matrices
alimentadoras, se considera válvulas cada 2.000 m y no se considera grifos.
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Para el modelamiento de la red de recolección se considerará, además:
k)

Cañerías enterradas a una profundidad igual a la profundidad media informada por la
empresa en respuesta a los requerimientos formales realizados por la SISS. En caso de
no existir esta información se asumirá una profundidad media a radier de 2,5 m y una
cámara de inspección cada 80 m de red, de profundidad igual a la red, con tapa tipo
calzada y escalines.

Las profundidades adoptadas para la red de recolección son de 2,5 m y una cámara de
inspección cada 80 m de red, de profundidad igual a la red, con tapa tipo calzada y
escalines.
Estanques de regulación
Los estanques de regulación se dimensionarán de acuerdo a lo señalado en la Norma
NCh 691 Of. 98.
l)
Plantas elevadoras e impulsiones
Para el dimensionamiento de impulsiones de agua potable y de alcantarillado en el
proyecto de expansión se considera, al final del período de previsión, la máxima
demanda que debe satisfacer.
Para el dimensionamiento de los equipos de las plantas elevadoras de agua potable y de
alcantarillado, se considera las demandas máximas al término de sus vidas útiles o su
período de previsión (según correspondan). Su funcionamiento para dichos períodos
considera 24hrs. diarias de operación continua, independientemente de las fuentes de
energía eléctrica usadas para su operación.
Para el proyecto de reposición, el dimensionamiento de impulsiones y plantas
elevadoras de agua potable y alcantarillado considera las demandas máximas de
autofinanciamiento (según correspondan). Para el funcionamiento y operación de los
equipos considera lo mismo señalado anteriormente.
El volumen del pozo de succión de la planta elevadora de aguas servidas se dimensiona
considerando un período de retención máximo de 30 minutos para el caudal medio de
diseño de la planta elevadora, con un ciclo de operación adecuado al tamaño del equipo,
el que en todos los casos deberá ser superior a 10 minutos.
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m)
Otras conducciones
Aducciones e Impulsiones: Se dimensionan considerando, para el caudal Q* (o demanda
incremental) a portear, una velocidad de escurrimiento de 1,5 m/s.
Acueductos: Se dimensionan considerando el caudal Q* (o demanda incremental)
asociado, una pendiente del 5 por mil y una altura de escurrimiento de H/D = 0,70.
n)
Pérdidas de carga singulares
Se considerará un equivalente al 5% de las pérdidas de carga friccionales.
ñ)
Trazado de conducciones
Impulsiones y aducciones: Se consideran enterradas a una profundidad de 1,5 m para
conducciones de Agua Potable y 1,6 m para conducciones de aguas servidas, sobre la
clave.
Acueductos: Se consideran enterrados a una profundidad de 1,5 m para conducciones
de Agua Potable y 1,6 m para conducciones de aguas servidas sobre la clave.
o)
Dispositivos amortiguadores del golpe de ariete
Se considerarán los dispositivos necesarios para la empresa modelo, teniendo en cuenta
lo informados por la empresa al momento de entrega de información del estudio tarifario.
p)
Ventosas
Las ventosas se instalarán cada 500 m. de acuerdo a lo siguiente:
d = 80 mm si D  600 mm
d = 100 mm si 600 < D  900 mm
d = 200 mm si D > 900 mm
q)
Desagües
Los desagües se instalarán cada 2.000 m. de acuerdo a lo siguiente:
d = 100 mm si D  500 mm
d = 200 mm si 500 < D  1000 mm
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d = 250 mm si D > 1000 mm
r)
Cámaras de inspección en acueductos
En acueductos, se considerará una cámara de inspección cada 250 metros y de una
profundidad de 1,5 m más el diámetro del acueducto.
s)
Equipos generadores
Esta infraestructura sanitaria tiene por objetivo respaldar el abastecimiento eléctrico en
aquellas instalaciones sanitarias que así lo requieran.
La situación base esta dada por los equipos de respaldo informados por la Empresa, en
el proceso de entrega de información.
t)
Coberturas de Agua Potable y Alcantarillado
En lo que respecta a la cobertura de servicio de agua potable, la cobertura actual
alcanza al 100%.
En el sistema de alcantarillado, la cobertura actual es de un 100 %.
7.2.-
Bases de Dimensionamiento
A continuación se presentan las bases de cálculo que se utilizan para el
dimensionamiento de las obras de producción y distribución de agua potable y recolección y
disposición de aguas servidas, de La Leonera S.A.
7.2.1.-
Bases de Cálculo Obras de Agua Potable
7.2.1.1.-
Coeficientes de Consumo Máximo Diario y Máximo Horario
El factor del día de máximo consumo (FDMC) corresponde al producto entre el
coeficiente del mes de máximo consumo (CMMC) y el coeficiente del día de máximo consumo
en el mes de máximo consumo (CDMC): FDMC = CMMC*CDMC
El coeficiente CMMC se determina a partir de las estadísticas de consumo mensuales y
se entrega en capítulo de demanda.
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El coeficiente CDMC se considera igual a 1,1.
En lo que se refiere al Coeficiente Máximo Horario (FHMC) se adopta un valor de
FHMC=1,5.
7.2.1.2.-
Caudales de Producción
Los caudales de producción corresponden a: caudal medio, caudal máximo diario y
caudal máximo horario.
Las expresiones de cálculo son las siguientes:
a)
Caudal Medio de Producción
Qmed 
P* D* C
86 . 400 * 1  pérdidas
En que:
Qmed = Caudal medio de producción (l/s)
P
= Población total (hab)
D
= Dotación de consumo (l/hab/día)
C
= Cobertura
Pérdidas = 15% en distribución
En producción:
 0% si no existe planta de tratamiento
 5% si existe planta de filtros convencional o en presión
 25% si existe planta de osmosis inversa
b)
Caudal Máximo Diario
Qmaxd  Qmed * FDMC
En que:
Qmaxd =
Qmed =
FDMC =
Caudal máximo diario (l/s)
Caudal medio (l/s)
Factor del día de máximo consumo
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c)
Caudal Máximo Horario
Qmaxh  Qmaxd * FHMC
En que:
Qmaxh
Qmaxd
FHMC
7.2.1.3.-
=
=
=
Caudal máximo horario (l/s)
Caudal máximo diario (l/s)
1,5
Volumen de Estanques de Distribución
Los sistemas de agua potable deben contar con estanques de regulación para efectuar
la compensación entre la producción máxima diaria y el consumo máximo horario.
Además, los estanques deben tener una capacidad suficiente para mantener reserva de
incendio y una reserva de seguridad.
De acuerdo a la norma NCh 691 – Of. 98, debido a que la probabilidad de ocurrencia de
un corte en la alimentación y un incendio en forma simultánea es bastante baja, sólo se
considera uno de estos factores. El volumen total requerido es entonces el mayor de los
siguientes:
Volumen Total 1
Volumen Total 2
=
=
Volumen de Regulación + Volumen de Incendio
Volumen de Regulación + Volumen de Reserva
Para el cálculo de los volúmenes, se adopta la Norma NCh 691-Of 98.
a)
Volumen de Regulación
Para determinar el volumen de regulación, se requiere conocer las fluctuaciones horarias
de la demanda en el día de máximo consumo. Posteriormente, recurriendo a un
diagrama de masas en que, en un sistema tiempo - volumen se dibujan las curvas
integradas de consumo y suministro, se obtiene el porcentaje de regulación.
Al no disponerse de antecedentes estadísticos, se adopta un porcentaje de regulación
de un 15% del volumen máximo diario, según lo indicado en el punto 6.2.1 de la norma
NCh 691 – Of98.
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b)
Volumen de Incendio
Para determinar el volumen de incendio, se adopta la Norma NCh 691 Of 98,
considerando una duración del incendio de dos horas y grifos de 16 l/s o 32 l/s. La
norma determina el número de grifos en uso simultáneo, así como diámetros y
capacidades según rangos de población.
La cantidad de grifos requerida se detalla en el cuadro siguiente:
CUADRO N° 7.2
CAPACIDAD Y NÚMERO DE GRIFOS DE INCENDIO EN USO SIMULTÁNEO
NORMA NCH 691 OF. 98
RANGO DE
POBLACION
(miles de hab)
Hasta 6
c)
1
VOLUMEN DE
INCENDIO MINIMO
m3
115
> 6 a 25
2
230
> 25 a 60
3
346
> 60 a 150
5
576
> 150
6
690
N° DE GRIFOS EN
USO SIMULTANEO
Volumen de Reserva o Seguridad
En estos casos, se considera un volumen de reserva o seguridad equivalente a 2 horas
de consumo, en el día de máximo consumo.
7.2.1.4.-
Tiempo de Bombeo
Se considera un tiempo máximo de funcionamiento de los grupos motobomba de 24
horas al día, lo cual ocurre una sola vez al año, cuando se produce la demanda del día de
máximo consumo.
7.2.1.5.-
Volumen Pozo de Succión Plantas Elevadoras
El volumen requerido por los estanques de succión para las plantas elevadoras de agua
potable, se considera equivalente a 20 minutos del caudal máximo diario de producción.
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7.2.1.6.-
Presiones Máximas y Mínimas en la Red de Distribución
La presión mínima en tuberías de distribución de agua potable, para el consumo máximo
horario, de acuerdo a la norma NCh 691 Of. 98, debe ser de 1,5 kg/cm2 (15 m.c.a.) con una
pérdida de carga máxima de 5 m.c.a., en el arranque.
La presión máxima (estática y dinámica) en redes de distribución no será mayor a
7 kg/cm2 (70 m.c.a.)
La presión mínima en grifos de incendio, calculada con la superposición de consumo
máximo diario más incendio, debe ser igual o mayor que 0,5 kg/cm2 (5 m.c.a.).
7.2.2.-
Bases de Cálculo Obras de Alcantarillado
7.2.2.1.-
Caudales de Diseño
Las expresiones de cálculo son las siguientes:
a)
Caudal Medio
Qmed 
P * D * R* C
86 . 400
En que:
Qmed
P
D
R
C
=
=
=
=
=
Caudal medio de aguas servidas (l/s)
Población aportante (hab)
Dotación de consumo (l/hab/día)
Coeficiente de recuperación
Cobertura
En general se adopta un coeficiente de recuperación igual a 0,8 valor normalmente
utilizado para el consumo domiciliario.
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b)
Caudal Máximo Horario
i)
Poblaciones mayores a 1.000 habitantes
Para poblaciones mayores a 1.000 habitantes, el caudal máximo se calcula con la
expresión:
Qmax h  Qmed * M
En que:
Qmaxh
Qmed
M
=
=
=
Caudal máximo horario (l/s)
Caudal medio (l/s)
Coeficiente de Harmon
La expresión para determinar el coeficiente de Harmon es la siguiente:
M  1
14
4 P
En que:
M
P
=
=
Coeficiente de Harmon
Población (en miles de habitantes)
En el caso que la población sea mayor a 100.000 habitantes, se considera un valor de M
igual a 2,0.
ii)
Para poblaciones menores a la equivalente de 20 viviendas, el caudal máximo es el
dado por la Boston Society of Civil Engineers.
iii)
En caso que la población sea menor a 1000 habitantes y mayor que la población
equivalente a 20 viviendas, se utiliza interpolación lineal entre el caudal máximo dado
por la Boston Society of Civil Engineers y el dado por la expresión de Harmon para una
población igual a 1000 habitantes.
c)
Caudales Mínimos
Qmin  0,6 * Qmed
En que:
Qmín =
Qmed =
Caudal Mínimo (l/s)
Caudal Medio (l/s)
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7.2.2.2.-
Capacidad Hidráulica
Para determinar la capacidad de porteo de los colectores se utiliza la fórmula de
Manning para escurrimiento en acueducto, cuya expresión es la siguiente:
Q
A* R
2/3
*
i
n
En que:
Q
n
i
A
R
=
=
=
=
=
Caudal porteado (m3/s)
Coeficiente de rugosidad
Pendiente del colector
Área del escurrimiento (m2)
Radio hidráulico (m)
De acuerdo con lo recomendado por la literatura, los valores recomendados para el
coeficiente de rugosidad, según el material de la tubería son:
-
Hormigón simple n =
HDPE, PVC
n =
0,013
0,011
Adicionalmente, se han considerado los criterios señalados en la Norma NCh 1105 Of.99.
La capacidad máxima del colector queda definida para una altura de escurrimiento igual
a 0,7 veces el diámetro de la tubería.
7.2.2.3.-
Autolavado
Se verifica la condición de autolavado de los colectores de modo que tengan una
velocidad mínima de escurrimiento igual a 0,6 m/s a boca llena.
7.2.2.4.-
a)
Plantas Elevadoras de Aguas Servidas
Equipos de bombeo
El tipo de motobomba a usar es de motor sumergido, con operación de una o más
bombas en paralelo y una en stand by.
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b)
Volumen del pozo de succión
El volumen del pozo de succión de la planta elevadora de aguas servidas se dimensiona
de modo que las bombas tengan un máximo de 6 ciclos por hora, es decir, ciclos de
duración máxima de 10 minutos. 10 ciclos, 6 minutos
El volumen mínimo necesario es igual a:
V 
Qb * T
4
En que:
V
Qb
T
7.3.-
Volumen del pozo (m3)
Caudal de bombeo (m3/s)
Tiempo de ciclo (360 s)
Criterios de Diseño Hidráulico
7.3.1.-
a)
=
=
=
Cálculo de Pérdidas de Carga
Pérdidas de Carga Friccionales
Las pérdidas de carga friccionales se evalúan según la fórmula de Hazen-Williams, cuya
expresión es la siguiente:
Q1,85
Jf  10,67 * 4,87 1,85
D C
Donde:
Jf
Q
D
C
=
=
=
=
Pérdida de carga unitaria (m/m)
Caudal de porteo (m3/s)
Diámetro interior de la tubería (m)
Coeficiente de rugosidad
Los valores adoptados para el coeficiente de rugosidad son:
-
Cañería de acero y Hierro Dúctil
Cañería de PVC, HDPE
:
:
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C =110
C =150
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Cabe destacar que los valores de C han sido estimados de acuerdo con
recomendaciones de la literatura especializada y antecedentes aportados por fabricantes
de cañerías.
b)
Pérdidas de Carga Singulares
Las pérdidas singulares, se considerarán equivalentes al 5% de las pérdidas de carga
friccionales.
7.3.2.-
Cálculo de Transientes Hidráulicos
Se deben instalar dispositivos amortiguadores del golpe de ariete para controlar las
sobrepresiones y subpresiones en impulsiones. De preferencia se instalan estanques
hidroneumáticos.
7.3.3.-
Condiciones de Operación
Se consideran las siguientes condiciones de operación en impulsiones:
a)
Condición de operación normal
b)
:
Presión dinámica de trabajo
:
Presión dinámica de trabajo más golpe de ariete
Condición eventual
-
7.3.4.-
Línea de impulsión
Línea de impulsión
Ventosas
Se consulta la instalación de ventosas aerocinéticas de triple efecto en la línea, con los
siguientes objetivos:
-
Facilitar la salida de aire acumulado durante la operación de la línea, producto de la
liberación normal del aire disuelto en el agua por efecto de: variación de temperatura y
presión, turbulencias, entrada de aire en puntos de succión, etc.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
-
Facilitar la entrada de aire durante el vaciado de la tubería, de modo de evitar el colapso
de la línea por vacío.
-
Facilitar la salida de aire durante el llenado de la línea.
Cabe destacar que el aire dentro de las tuberías es extremadamente perjudicial y
destructivo, ya que:
-
Produce corrosión en cañerías de acero no protegidas interiormente.
Genera cavitación y por ende erosión en las cañerías y piezas especiales.
Produce vibraciones indeseadas en la línea.
Reduce la capacidad de la conducción.
Las ventosas se instalan a lo largo del trazado de la línea, cada 500 m. de acuerdo a lo
siguiente:
d = 80 mm si D  600 mm
d = 100 mm si 600 < D  900 mm
d = 200 mm si D > 900 mm
Las ventosas incluirán una válvula de corte para su desmontaje. Se instalan en cámaras,
las que deben tener ventilación adecuada.
7.3.5.-
Desagües
Los desagües se consideran cada 2.000 m. de acuerdo a lo siguiente:
d = 100 mm si D  500 mm
d = 200 mm si 500 < D  1000 mm
d = 250 mm si D > 1000 mm
7.4.-
7.4.1.-
a)
Criterios de Diseño Estructurales de Cañerías
Cálculo de Espesores de las Tuberías
El espesor de las cañerías de acero se calcula según la relación de Barlow, cuya
expresión es la siguiente:
e
P * OD
 ec
2 * f * f *  * (1   )
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
Donde:
b)
7.4.2.-
e =
P =
OD =
Espesor mínimo de la tubería (mm)
Presión máxima de trabajo de la tubería (Kg/cm2)
Diámetro exterior de la tubería (mm)
f
=
σf
η
τ
ec
=
=
=
=
Factor dependiente del tipo de operación en la línea
Para operación normal
f =0,50
Para operación eventual
f =0,75
Tensión de fluencia del acero (kg/cm2)
Factor de eficiencia de soldadura
Tolerancia mínima del espesor de la plancha de acero
Sobre espesor por corrosión
En el caso de tuberías de PVC Y HDPE, la clase es determinada según la presión (P)
máxima en la línea:
Se usa
PVC CL 10 para P < 7 Kg/cm2 (se deja holgura para sobre presiones)
Se usa
HDPE Clase PN 10, para 7 kg/cm²< P < 10 kg/cm²
HDPE Clase PN 16, para 10 kg/cm² < P < 16 kg/cm²
Verificación de Tuberías ante Cargas Externas
Debido a que las tuberías de acero, PVC y HDP, tienen un comportamiento elástico ante
solicitaciones externas, se verifica que la deformación máxima sea inferior al 5% del diámetro
del tubo.
Las cargas a considerar son:
-
Cargas de terreno
Cargas vehiculares
Las cargas de terreno son evaluadas según la teoría de Marston y para las vehiculares
se considera los valores de carga determinados por la Norma ISO 2785/74 camión HT-30.
Para el cálculo de la deflexión se usa la fórmula determinada por Watkins y Spangler
cuya expresión es:
K * Wr 3
  Dt (
)
E * l  0,061* E'* r 3
Donde:
∆x
Dt
=
=
Deflexión horizontal de la tubería
Factor de corrección de largo plazo
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
K
W
r
E
I
E’
=
=
=
=
=
=
Factor de encamado
Carga total por unidad de longitud del tubo
Radio medio del tubo
Módulo de elasticidad del material del tubo
Momento de inercia de la pared del tubo por unidad de longitud
Módulo de reacción del suelo.
Finalmente, se verifica el pandeo de la tubería por alternancia de cargas (Buckling).
7.5.-
Criterios de Diseño Obras Eléctricas
7.5.1.- Normas
El diseño de los sistemas eléctricos y la fabricación de equipos y materiales deberá estar
de acuerdo con la edición más reciente de las siguientes normas.
7.5.2.-
Norma Chilena NCh
National Electric Code (NEC)
International Electrical Commission (IEC)
Condiciones de Trabajo
Los equipos, materiales y los diseños que se utilizan, consideran las condiciones
ambientales, de servicio y de emplazamiento bajo las cuales trabajan normalmente y que se
describen a continuación.
a)
Condiciones de Servicio
Los equipos e instalaciones se consideran para trabajo pesado y servicio continuado
durante 24 horas diarias y 365 días al año.
b)
Sistema Eléctrico
Las instalaciones eléctricas se alimentan desde la red pública de distribución.
7.5.3.-
Niveles de Voltaje
Los niveles de voltaje que se utilizan en general son:
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-
Alta Tensión
-
Baja Tensión Fuerza :
380 Volts, 3 fases, 50 Hz, con estrella conectada a tierra.
-
Control
:
220 Volts, 50 Hz, 1 fase.
-
I/O de PLC
:
24 Volts, 50 Hz, 1 fase.
7.5.4.-
:
12 kV, 50 Hz, 3 fases, en Delta.
Transformadores
Las subestaciones que sea necesario instalar son para montaje a la intemperie. Los
transformadores que se especifican son en aceite y con estanque sellado, de dos enrollados,
con aumento de temperatura 55/65°C, con cambiador de tomas de operación manual y sin
carga. Son del tipo OA, es decir refrigerados por aire natural.
Estos equipos se especifican de acuerdo a la norma nacional.
7.6.-
Criterios de Diseño Automatización y Control
7.6.1.-
a)
Filosofía de Control
Alcances
La Filosofía de Control está orientada a una operación eficiente de los sistemas de agua
potable y de aguas servidas y debe cumplir con los siguientes requisitos:
-
Cumplir con las especificaciones de calidad del producto a controlar.
Controlar el proceso al menor costo posible.
La operación debe cumplir con las Disposiciones y Normativas pertinentes (SEC,
SUBTEL, Empresas Telefónicas, entre otras).
La implantación de una filosofía de control debe permitir que para el funcionamiento
normal del sistema, no se requiera la presencia de personal permanente en los recintos,
y a la vez garantice el abastecimiento seguro para todas las condiciones de demanda,
tanto en los sistemas de agua potable como de alcantarillado.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
b)
Contenido de la Filosofía de Control
Se consideran como mínimo los siguientes aspectos:
-
Estrategia de Control
-
-
Variables a monitorear
Elementos monitoreados
Indicadores locales
Sistema de partida/parada equipos
Señales y sistemas de emergencia
Filosofía de Operación del Sistema
- Definición de los subsistemas (abastecimiento, impulsiones, regulación, etc).
- Proposición de funcionamiento del sistema.
- Simulación de los subsistemas frente a distintas condiciones operativas y de
emergencia.
- Definición de control del sistema en condiciones de falla de pérdidas de señal.
7.6.2.-
Niveles de Supervisión y Control
El diseño de los sistemas de automatización y control, estará compuesto por cuatro
niveles de supervisión y control, a saber:
a)
-
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
:
:
:
-
Nivel 4
:
Interfaz con el proceso.
Control local
Entradas y salidas (E/S) del sistema de automatización y control
centralizado.
Supervisión y control centralizado.
Interfaz con el Proceso
Este nivel estará constituido básicamente por sensores e interruptores de límite y
dispositivos de alarma e indicación local, cuyo funcionamiento será independiente de los
demás niveles de control.
b)
Control Local
Este nivel de control local estará constituido por los dispositivos de control local que
permiten comandar manual y automáticamente los equipos que forman parte de las
plantas de agua potable y de aguas servidas, según sea el caso de análisis.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
c)
E/S del Sistema de Automatización y Control (Unidad Inteligente Central)
Este nivel estará constituido por unidades de lógica programables (PLC), los que
contienen a lo menos las entradas y salidas para las variables a controlar, más las de
reserva.
Los controladores de lógica programable de este nivel de control, contienen toda la
lógica necesaria para la operación automática de cada una de las plantas de agua
potable y de aguas servidas, no obstante lo anterior, su acción siempre respetará los
bloques del sistema de control local (falla de bomba, alto nivel de estanque, alto nivel de
pozo de acumulación, etc).
d)
Supervisión y Control Centralizado
Estará compuesto por una interfaz hombre máquina que permitirá controlar y supervisar
las plantas de agua potable y de aguas servidas según sea el caso. Dicha interfaz será
capaz de representar gráficamente las variables del proceso y emitir funciones de
mando que permitan arrancar o detener bombas. El centro de control local podrá
alimentar un centro de control remoto mediante transmisión de señales vía radio o cable
telefónico. La alternativa de implementar un control a distancia, dependerá del tamaño e
importancia de la instalación.
7.6.3.-
Sala de Operación y Control
En la sala de operación y control se ubican los equipos principales del Sistema de
Automatización y otros que la obra requiera, procurando que se mantengan condiciones
óptimas de operación de los equipos.
Los equipos principales del Sistema de Automatización, tales como PLC, Panel de
Control, Panel de Relés y Terminales, Interfaz de Operación y Equipos de Comunicación, deben
ser capaces de controlar todas las variables de entrada/salida requeridas en el proceso.
7.6.4.-
Telemetría en Modelamiento
Para el modelamiento de los sistemas de La Leonera S.A. se ha considerado sólo
Control Local.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
7.7.-
7.7.1.-
Criterios Específicos de Modelamiento del Sistema La Leonera S.A.
Fuentes de Información Consideradas en el Modelamiento
Las fuentes de información utilizadas para el dimensionamiento de las obras se resumen
a continuación:
7.7.2.-
Planes de Desarrollo de La Leonera S.A.
Criterios de cálculo de demanda definidos por la SISS junto con la empresa.
Bases Definitivas para el Estudio Tarifario de La Leonera S.A.
Estudio Tarifario del proceso anterior.
Antecedentes requeridos para la elaboración del estudio tarifario de La Leonera S.A. del
presente año, entregados por la empresa.
Sistema de Información de Fuentes SISS que contiene información proporcionada por la
empresa.
Visitas a terreno efectuadas por profesionales de la SISS y del Consultor en Abril 2004.
Planos y antecedentes recopilados en visita a terreno.
Capacidad y Calidad de Fuentes de Agua
Se ha considerado la capacidad de las fuentes equivalente a los derechos de agua
informados por la Empresa en el Sistema de Información de Fuentes, así como sus
características.
Para efectos del dimensionamiento, se considerará la captación superficial en el estero
La Leonera, que cubre la Demanda de autofinanciamiento:
CUADRO N° 7.3
CAPACIDAD DE FUENTE UTILIZADA PARA LA DEMANDA DE
AUTOFINANCIAMIENTO
Captación
Estero La Leonera
Caudal requerido
(l/s)
4,8
Respecto de la calidad, la fuente no presenta problemas, cumpliendo con la Norma de
Calidad de Agua.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
7.7.3.-
Seguridad Abastecimiento Eléctrico
No se considera fuente de respaldo eléctrico para el sondaje y las plantas elevadoras
de agua potable. El sistema de recolección de aguas servidas es gravitacional.
7.7.4.-
Requerimientos de Tratamiento de Agua Potable
La calidad de las aguas captadas, cumple con la norma NCh 409 of. 84. Sin embargo,
considerando que son de origen superficial, se contempla tratamiento, en base a una planta
para abatir turbiedad, del tipo filtro en presión.
A continuación se contempla tratamiento en base a cloro y posterior aplicación de fluor.
7.7.5.-
Conducciones de Producción
La conducción de producción, corresponde a una aducción, que se ha modelado
instalada de manera normal, es decir enterrada a la profundidad indicada en las Bases.
7.7.6.-
Estanque de Regulación en Sistemas de Distribución
El sistema de La Leonera, se ha modelado con un único estanque de regulación, para el
único sector de distribución que existe, con un volumen de 174 m3.
Los criterios de dimensionamiento de estanques se detallan en el punto 7.2.1.3.
7.7.7.-
Cloración y Fluoruración
Para el sistema se ha modelado un centro de cloración, seguido de un centro de
fluoruración, en el mismo recinto, con la capacidad requerida para la demanda de
autofinanciamiento.
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SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
7.7.8.-
Modelamiento de Redes
Para el modelamiento de las redes de distribución y recolección, éstas se han dividido
en conducciones mayores y redes propiamente tales.
Las redes corresponden a las tuberías a las que se conectan los arranques de agua
potable o las uniones domiciliarias de alcantarillado, según corresponda. Se considera
crecimiento de estas redes con el crecimiento del número de clientes en el tiempo.
Las conducciones mayores de las redes de agua potable y alcantarillado, que
corresponden básicamente a alimentadoras y colectores interceptores, se modelan en forma
independiente. Estas redes se suponen que mantienen su tamaño y longitud en el tiempo,
acotando su diámetro máximo según criterio explicado en el punto 7.1. Letra i).
Se presenta en los cuadros siguientes el modelamiento de la red de distribución de Agua
Potable y de la red de Aguas Servidas.
CUADRO N 7.4
LONGITUD DE RED MODELADA DE AGUA POTABLE
DESCONTANDO PARALELISMO
Diámetro
Longitud Descuento
(mm)
(m)
10%
50
61
6
75
793
79
90
63
6
100
130
13
110
93
9
150
28
3
160
111
11
Total
1.279
127
D max = 150 mm; D min = 75 mm
Longitud Final
(m)
55
714
57
117
84
25
100
1.152
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Longitud Modelada
(m)
769
57
0
201
0
125
1.152
SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS
CUADRO N 7.5
LONGITUD DE RED MODELADA DE AGUAS SERVIDAS
DESCONTANDO PARALELISMO
Diámetro
Longitud Descuento
Longitud Final
Longitud Modelada
(mm)
(m)
10%
(m)
(m)
110
281
28
253
150
91
9
82
* 175 *
170
17
153
488
200
871
87
784
784
Total
1.413
141
1.272
1.272
D max = 200 mm; D min = 175 mm, se modela como D = 180 mm.
7.7.9.-
Conducciones Mayores de Distribución y Recolección
La velocidad de escurrimiento en las conducciones mayores, definida como velocidad
eficiente para agua potable, es de 1,5 m/s.
La conducción de distribución corresponde a una aducción de diámetro 110 mm y
longitud 386 m.
Las capacidades de las conducciones de aguas servidas se han calculado de acuerdo a
las Bases.
7.7.10.-
Plantas Elevadoras de Aguas Servidas
El sistema de recolección de aguas servidas es gravitacional.
7.7.11.-
Sistema de Tratamiento y Disposición de Aguas Servidas
Se ha considerado una planta de Lodos Activados en modalidad aireación extendida,
modelada para tratar todas las aguas servidas generadas por los clientes, condicionada a que
su efluente cumpla la Norma DS Nº90.
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