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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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) ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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 : : ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. C =110 C =150 SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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 ) ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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: ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS SANITARIOS - 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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 ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A. 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. ESTUDIO TARIFARIO EMPRESA PARTICULAR DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO LA LEONERA S.A.