consumo de agua

CONSUMO DE AGUA
UNIDAD IV
CONSUMO DE AGUA
4.1 Generalidades:
Para determinar las cantidades de agua que se requiere para satisfacer las
condiciones inmediatas y futuras de las ciudades o poblaciones proyectadas, se
recomienda realizar un estudio exhaustivo de la comunidad a estudiar. La
dotación es el consumo de agua utilizado por una persona por día y se expresa
por lo general en litros por habitante y por día (litros /habitante-día).
La determinación del consumo se debe hacer con base en datos estadísticos del
consumo pasado y presente de la población (en el caso de que se disponga de
esta información) o, si no, basándose en estos mismos datos de otras poblaciones
vecinas.
Factores Determinantes del Consumo
Los factores incidentes en el consumo de una población son los siguientes:
1. Temperatura
Debido a las condiciones propias de la actividad del ser humano, entre mayor
sea la temperatura, mayor será el consumo de agua. Por ejemplo, entre más
alta la temperatura el consumo de agua es mayor.
2. Calidad del agua
El consumo de agua será mayor en la medida en que las personas tengan la
seguridad de una buena calidad del agua.
3. Características socioeconómicas
El consumo de agua depende también en buena parte del nivel de educación y
del nivel de ingresos de la población. Por esta razón en ciudades
desarrolladas, como las capitales de departamentos, el consumo de agua es
mayor que en pueblos pequeños o caseríos.
4. Servicio de alcantarillado
El hecho de disponer de una red de alcantarillado incrementa notablemente el
consumo de agua potable, en comparación con sistemas de evacuación de
excretas como letrinas.
5. Presión en la red de distribución de agua
Si se tienen altas presiones en la red el flujo de agua será mayor al abrir las
llaves de los lavamanos, regaderas y otros artefactos.
Igualmente, se puede presentar un mayor número de rupturas de tubos dentro
del domicilio o en la misma red de distribución aumentando así el volumen de
agua pérdida.
25
CONSUMO DE AGUA
6. Administración
Una administración eficiente controlará mejor el consumo de agua reduciendo
las fugas y desperdicios, y controlando las conexiones ilegales.
7. Medidores y Tarifas
La instalación de medidores y el establecimiento de tarifas producen un
impacto psicológico en los usuarios. Cuando no se tienen medidores, ni tarifas
no se tiene control sobre el uso del agua y los usuarios no valoran el recurso
tendiendo a usar mayores cantidades.
4.2. Clasificación del Consumo de Agua
Tradicionalmente se ha clasificado el consumo como:
1) doméstico
2) Industrial y comercial
3) público o institucional
4) pérdidas y desperdicios
1.- Consumo doméstico:
Es el consumo en las viviendas, el agua utilizada para consumo, sanitarios,
cocina aseo personal, etc. La determinación del consumo doméstico varía de
acuerdo al nivel económico de los consumidores, tamaño de la ciudad, por
ejemplo para la Ciudad de Managua, de acuerdo a las características de la
zona.
Tabla 4.1
Clasificación de barrios
Asentamientos progresivos
Zonas de máxima densidad
y de actividades mixtas
Zonas de alta densidad
Zonas de media densidad
Zonas de baja densidad
Dotación
g/hab-día
10
45
L/hab-día
38
170
40
100
150
150
378
568
Normas del INAA
Clasificación de los barrios:5
a.- Asentamientos progresivos:
Son unidades de viviendas construidas con madera y láminas, frecuentemente
sobre un basamento de concreto. Estos barrios no tienen conexiones privadas
en la red de agua potable, pero se abastecen mediante puestos públicos.
5
INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
2001
26
CONSUMO DE AGUA
b.- Zonas de máxima densidad y actividades mixtas:
Las viviendas avecinan talleres y pequeñas industrias en un tejido urbano
heterogéneo. En términos de superficie, las viviendas ocupan un promedio del
65% del área total del terreno y todas están conectadas a la red de agua
potable
c.- Zonas de alta densidad:
En los núcleos de las viviendas de estas zonas se encuentran construcciones
de todo tipo, desde la más sencilla hasta casas de alto costo, pero en lotes con
dimensiones y áreas homogéneas (150 m 2 a 250 m2). Casi todas las viviendas
están conectadas a la red de agua potable.
d.- Zona de mediana densidad:
Se trata de viviendas de buen nivel de vida con áreas de lotes que varían entre
los 500 m2 y 700 m2. Todas están conectadas a la red de agua potable.
e.- Zonas de baja densidad:
Son áreas de desarrollo con viviendas de alto costo y de alto nivel de vida
construidas en lotes con área mínima de 1000 m 2. Todos conectados a la red
de agua potable.
- Para el resto de las ciudades la dotación se toma de acuerdo al tamaño de la
población.
Tabla 4.2
Rango de población
Dotación
g/hab-día
L/hab-día
0 – 5000
20
75
5000 – 10000
25
95
10000- 15000
30
113
15000 – 20000
35
132
20000 – 30000
40
151
30000 – 50000
45
170
50000 – 100000 o más
50
189
Normas de INAA
2.-Industrial, comercial y público:
Suministro de agua a establecimientos comerciales e industriales tales como:
fábricas, oficinas y almacenes. La importancia de este uso varía localmente,
dependiendo si hay grandes industria y sí esta obtienen su agua del sistema de
abastecimiento público.
El consumo público es el suministro de agua a edificios públicos, y otros servicios
públicos. Este incluye agua para edificios del gobierno, riegos de calles y
protección contra incendio.
27
CONSUMO DE AGUA
- Para Managua INAA establece las siguientes dotaciones:
Tabla 4.3
Tipo de Consumo
Dotación
g/hectárea-día
L/hectárea-día
Comercial
Público o institucional
Industrial
25000
94625
De acuerdo a desarrollo de población
Normas de INAA
- Para el resto de las ciudades.
Se usan los porcentajes de acuerdo a la dotación doméstica diaria.
Tabla 4.4
Consumo
Porcentaje
Comercial
Público o institucional
Industrial
7
7
2
Normas de INAA
Tabla 4.5
Valores típicos de consumo comercial
Entidad
Consumo (L/d)
Hoteles (por habitación)
Escuelas < 20 alumnos
Escuelas > 20 alumnos
Industrias (por persona empleada)
Depósito de materiales
Farmacias o graneros de 50 m2
Farmacias o graneros de 100 m2
Farmacias o graneros de 200 m2
Farmacias o graneros de  200 m2 (por m2)
Fuentes de soda y heladerías de 20 m2
Fuentes de soda y heladerías de > 50 m2
Fuentes de soda y heladerías de >50 m2
Restaurantes de
50 m2
Restaurantes de
>50 m2
Oficina (por empleado y por 10 m2)
Hospitales (por cama)
500
50
80
80
100
500
1000
1600
8
1000
2000
3000
40
90
80
400
Normas de INAA
3.-Agua para incendios:
El agua que se usa en caso de incendio es parte del consumo de agua público y
es obligatorio considerarlo en sistemas con poblaciones mayores de 5,000
habitantes. La cantidad de agua que todo acueducto debe tener disponible para
combatir la eventualidad del incendio, se establece según la capacidad del
sistema y el rango de la población proyectada
28
CONSUMO DE AGUA
Rango de población
De
A
0
5000
10000
15000
20000
30000
50000
Tabla 4.6
Caudales
gpm (l/s)
gpm (l/s)
5000
10000
80 (5)
15000
200 (13)
20000
350 (22)
30000
550 (35)
50000
1000 (63)
100000 y más 1500 y más (95)
Caudales por toma
gpm (l/s)
No se considera
200 (13)
1 toma de 150 (9)
550 (35)
1 toma de 250 (16)
550 (35)
2 tomas de 250 c/u (16)
1000 (63)
3 tomas de 250 c/u (16)
1500 (95)
2 tomas de 500 c/u (31)
3 tomas de 500 c/u (31) de
acuerdo a la importancia
del lugar
Normas de INAA
Fig. 4.1
Hidrante
Cuando en las localidades consideradas existan o estén en proyectos la
instalación de: industrias, fábricas, centros comerciales, etc., éstos se deberán
diseñar su propio sistema de protección contra incendio.
4.-Pérdidas en el sistema:
Las pérdidas o desperdicios se conocen como Agua que no es contabilizada. El
agua no contabilizada es atribuida a errores en la lectura de los medidores,
conexiones ilegales y fugas en los sistemas de distribución. La pérdida o
desperdicio se puede reducir significativamente mediante el mantenimiento
cuidadoso de los sistemas y un programa regular de re-calibración y reemplazo de
medidores.
Dentro del proceso de diseño, esta cantidad de agua se puede expresar como un
porcentaje del consumo del día promedio. En el caso de Nicaragua se fijará en un
20% para un sistema nuevo.6
6
INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
2001
29
CONSUMO DE AGUA
4.3 Caudal de Diseño
Con el fin de diseñar las estructuras del acueducto, es necesario calcular el caudal
apropiado, el cual debe combinar las necesidades de la población de diseño y los
costos de la construcción de un acueducto para un caudal excesivo. Normalmente
se trabaja con tres tipos de caudales, a saber:
1. Caudal medio
2. Caudal máximo diario
3. Caudal máximo horario.
1.- Caudal medio
Es el caudal promedio obtenido de un año de registros y es la base para la
estimación del caudal máximo diario y del máximo horario. Este caudal expresado
en litros por segundos se obtiene así:
Q prom = Dotación (l/hab-d) x Población (habit) (l/s)
86400 s/d
2.- Caudal máximo diario
Es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras palabras,
representa el día de mayor consumo en el año. El caudal máximo día se utiliza
para el cálculo de diferentes elementos del sistema de abastecimiento de agua,
entre los que tenemos: Capacidad de la fuente, obra de captación, línea de
conducción, sistema de bombeo. Esta se calcula según la siguiente expresión:
Q máx diario = FMD x Caudal promedio
FMD: Factor máximo día, será igual a 1.3 de la demanda promedio diaria para la
ciudad de Managua. Para las otras localidades del resto del país, este
parámetro es de 1.5. 7
3.- Caudal máximo Horario
Corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año
completo, se utiliza en el análisis hidráulico de la red de distribución. Esta en
general se determina como:
Q máx diario = FMH x Caudal promedio
FMH: Factor máxima hora, para la ciudad de Managua el factor será igual al
150% de la demanda del día promedio, y para las localidades del resto del
país, será igual al 250% del mismo día8.
7
INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
2001
.- INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
2001
8
30
CONSUMO DE AGUA
4.4.- Ejercicios Propuestos:
4.1.- Una familia de 4 personas pagan anualmente por el consumo de 185 m 3 de
agua. Determine:
 Consumo especifico por persona por día
 El factor pico instantáneo, para el suministro de un caudal de 300 l/h
Repuestas:
 q = 127 l/p-d
 Pf inst = 14
q = 185 * 1000 / (4 * 365) = 126.71  127 l / p-d
Pf inst = 300 * 24 / (127 * 4) = 14.17  14
4.2.- Un edificio de departamento de 76 ocupantes, paga anualmente por el
consumo de 4770 m3 de agua. Determine:
 Consumo especifico por persona por día
 El factor pico instantáneo, durante un consumo máximo de 5.5 m3/h
Repuesta:
 q = 172 l/p-d
 Pf inst = 10
4.3.- Un área residencial de 1200 habitantes, se le suministro anualmente la
cantidad de 63800 m3 de agua, esto incluyendo un 10% de pérdidas estimada.
Durante el mismo período, el caudal máximo registrado por el medidor de la zona
residencial fue 25.4 m3/h Determine:
 Consumo especifico por persona por día
 El factor pico máximo instantáneo
Recomendaciones:
1) El consumo especifico podría no incluir las pérdidas
2) El factor pico debería incluir las pérdidas, al menos que el caudal sea
medido en las conexiones domiciliares.
1) q = (63800 * 0.90) * 1000 / (365 * 1200) = 131 l/p-d
2) Pf inst = 25.4 * 24 *1000 / ((131/0.9) * 1200) = 3.49  3.5
Repuesta:
 q = 131 l/p-d
 Pf inst = 3.5
31
CONSUMO DE AGUA
4.4.- Una compañía de agua entrega anualmente la cantidad de 15,000,000 m3 a
un área de distribución de 100,000 consumidores. Al mismo tiempo, el dinero
recolectado es 6,000,000 de córdobas. La tarifa promedio es 0.5 córdobas / m 3.
Determine:
 La entrega en consumo promedio diario
 El porcentaje de agua no contabilizada
 El consumo por persona por día, asumiendo que el 60% del agua
entregada es para uso domestico.
Recomendaciones:
2) Expresar el agua no contabilizada como un porcentaje del agua
entregada.
Repuesta:
 Q prom = 41096 m3/d o 1,712 m3/h
 Agua no contabilizada = 20.0 %
 q = 247 l/p-d
4.5.-Determine la capacidad de producción de la instalación de tratamiento para la
ciudad de 1,250,000 habitantes. Asuma que el consumo especifico por persona
es 150 l/d, el agua para uso no domestico de 30,000,000 m3/año y el agua no
contabilizada del 12%
Q = ((1250000 * 150) + (30000000 * 1000 / 365)) * 1.12 / 86400 = 3,496 l/s
Repuestas:
 Q prom = 3,496 l/s = 110.25 millones m3/ año o 3.5 m3/s
4.6.- Una compañía de suministro de agua entrega anualmente la cantidad de
13,350,000 m3. La máxima demanda diaria de 42,420 m 3 fue observada el 26 de
Julio.
La mínima, se observa el 30 de Enero, esta fue de 27,360 m 3.
La
siguiente entrega fue registrada el 11 de Marzo:
Hora
Q (m3)
Hora
Q (m3)
Hora
Q (m3)
Hora
Q (m3)
1
433
7
1856
13
1634
19
1944
2
562
8
1922
14
1656
20
1453
3
644
9
1936
15
1789
21
1218
4
835
10
1887
16
1925
22
813
5
1450
11
1721
17
2087
23
676
6
1644
12
1712
18
2055
24
602
Determine:
 La entrega en consumo promedio diario y el rango del factor pico
estacional
 El diagrama del factor pico diario
 Rango anual esperado del caudal suministrado al área.
32
CONSUMO DE AGUA
Repuestas:
 Q prom = 36,575 m3/día; Pf estac = 0.75 – 1.16
 Q prom = 1,435.6 m3/h
Hora
1
2
3
4
5
6
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
0.302
7
1.293
13
1.138
19
1.354
0.391
8
1.339
14
1.154
20
1.012
0.449
9
1.349
15
1.246
21
0.848
0.582
10
1.314
16
1.341
22
0.566
1.010
11
1.199
17
1.454
23
0.471
1.145
12
1.193
18
1.431
24
0.419
Note que el 11 de Marzo no corresponde al consumo promedio diario.
promedio derivado de la cantidad anual es Q prom = 1,524 m 3/h.
 Q max = 2,563 m3/h; Q min = 343 m3/h
El caudal
4.7.- La pérdida estimada en el ejercicio anterior es de 20% de la demanda diaria.
Esta es asumida a ser constante las 24 horas. Calcule el factor pico horario para
el consumo actual del 11 de Marzo.
Recomendaciones:
1) Las pérdidas promedio del 20% de un caudal constante de 287.1 m 3/h
Repuestas:
 Q prom = 1,148.5 m3/h
Hora
1
2
3
4
5
6
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
0.127
7
1.366
13
1.173
19
1.443
0.239
8
1.424
14
1.192
20
1.015
0.311
9
1.436
15
1.308
21
0.811
0.477
10
1.393
16
1.426
22
0.458
1.013
11
1.249
17
1.567
23
0.339
1.181
12
1.241
18
1.539
24
0.274
4.8.- El consumo calculado en el problema anterior (# 7) consiste de tres
categorías: Domestica, industrial y comercial. La categoría industrial participa en
todo el consumo con un caudal constante de 300 m 3/h, entre las 8 am y las 8 pm.
La categoría comercial requiere de un caudal de 100 m3/h, entre las 8 am y las 4
pm.
Determine:
 Determine el factor pico horario para la categoría de demanda domestica
 Asumiendo que el consumo comercial e industrial es constante a través
de todo el año, calcule el consumo promedio por persona, si viven 150,000
personas en el área.
33
CONSUMO DE AGUA
Repuestas:
 Q prom = 965.2 m3/h
Hora
1
2
3
4
5
6
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
Hora
Pf hor
0.151
7
1.626
13
0.981
19
1.406
0.285
8
1.279
14
1.004
20
1.208
0.370
9
1.294
15
1.142
21
0.965
0.568
10
1.243
16
1.396
22
0.545
1.205
11
1.071
17
1.554
23
0.403
1.406
12
1.062
18
1.521
24
0.326
 q = 166 l/p-d
4.9.- El registro del consumo anual domestico fue de 38.2 millones de m 3.
Determine:
 El consumo después de 10 año asumiendo que el crecimiento anual de la
población es de 3.8%
 El consumo después de los siguientes 10 años asumiendo que el
crecimiento poblacional es de 2.2%.
Compare los resultados del modelo lineal y exponencial.
Repuestas:
 Q lin = 52.7 millones m3; Q exp = 54.9 millones m3
 Q lin = 64.3 millones m3; Q exp = 67.7 millones m3
4.10.- Los datos del consumo anual registrado en el período de 1990 – 1995 (en
millones m3) se muestran a continuación:
Año
1990
1991
1992
1993
1994
1995
Q
125.4
131.8
138.2
145.4
152.6
159.9
Hacer un pronóstico para el año 2005
Repuestas:
 Q 2005 = 260.7 millones m3 (Crecimiento exponencial del 5%)
34