370525264-Apuntes-Sanitaria-i-Uagrm-1

APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA
CARRERA INGENIERIA CIVIL
MATERIA: INGENIERIA SANITARIA 1
DOCENTE: ING. WILLY AUGUSTO ARZADUM EDUARDO
SANTA CRUZ - BOLIVIA
ABRIL DEL 2015
ENERO 2018
1
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
PLAN DE ASIGNATURA INGENIERIA SANITARIA I
1
DATOS REFERENCIALES
CARRERA
:
INGENIERIA CIVIL.
ASIGNATURA
:
INGENIERIA SANITARIA I
2
JUSTIFICACION DE LA ASIGNATURA
La Ingeniería Sanitaria, es de vital importancia debido a que la demanda de
agua potable en la actualidad es muy grande y el diseño e implementación
de sistemas de abastecimiento de agua potable se constituye en una
necesidad de primer orden.
Para cubrir esta necesidad es necesario que el estudiante adquiera
conocimientos suficientes y necesarios para localizar de fuentes de agua,
efectuar un análisis de la cantidad y calidad del agua y diseñar sistemas de
almacenamiento, tratamiento y distribución de agua.
3
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
3.1
OBJETIVO GENERAL
Capacitar al estudiante en el diseño de sistemas de captación,
aducción, tratamiento, almacenamiento y de agua potable, para
poblaciones urbanas, menores y de campaña.
3.2
OBJETIVOS ESPECIFICOS
3.2.1 Analizar e interpretar la calidad de las aguas para
abastecimiento de agua potable.
3.2.2 Determinar demandas de agua y proyectar poblaciones a
futuro
3.2.3 Diseñar obras de captación y conducción de agua.
3.2.4 Dimensionar aducciones a presión.
3.2.5 Dimensionar aducciones por bombeo.
3.2.6 Potabilizar el agua por medio de sistemas de tratamiento.
2
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3.2.7 Dimensionar redes de distribución de agua potable.
3.2.8 Dimensionar sistemas de almacenamiento de agua potable.
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CONTENIDO MINIMO
4.1
Conceptos generales y requerimiento de agua
4.2
Calidad del agua suministrada
4.3
Criterios de diseño
4.4
Obras de captación, obras de conducción.
4.5
Potabilización de las aguas
4.6
Redes de distribución.
4.7
Sistemas de almacenamiento
4.8
Repaso y resumen de la materia.
4.9
Proyecto de curso.
4.10
Programas computacionales – Agua potable.
3
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5 PROGRAMA ANALITICO
CAPITULO I
CONCEPTOS GENERALES Y REQUERIMIENTOS DE AGUA
1.1
Aspectos generales
El agua es un símbolo universal de pureza y simplicidad. Sin embargo,
nada es mas escaso que el agua pura y nada es menos simple que esta curiosa
sustancia con sus sorprendentes propiedades físicas, químicas y biológicas.
El filosofo griego Tales de Mileto, la considera el principio de todas las cosas,
luego Empodocles de Agrigentum, Platon y Aristoteles la clasificaron como uno
de los cuatro elementos de los cuales toda materia estaría compuesta por tierra,
fuego, aire y agua.
1.2
Importancia en la salud pública
Los abastecimientos de agua seguros, adecuados y accesibles, conjuntamente
con un saneamiento apropiado, son, sin duda, necesidades básicas y
componentes esenciales de la atención primaria de salud.
Ellos pueden ayudar a reducir muchas de las enfermedades que afectan a las
poblaciones menos privilegiadas, especialmente aquellas que viven en áreas
rularles y urbano-marginales.
El agua potable segura es factor importante en el control de muchas
enfermedades. Esto en particular ha quedado bien establecido si se trata de
enfermedades tales como la diarrea, cólera, fiebre tifoidea y paratifoidea,
hepatitis infecciosa, disentería amebiana y bacilar.
Se ha estimado que no menos del 80 por ciento de todas las enfermedades en
el mundo se asocian con el agua no potable o de mala calidad.
Las enfermedades transmitidas por el agua son aquellas transportadas por el
agua contaminada con agentes infecciosos y estos pueden causar
enfermedades. El control de estas enfermedades requiere de una mejor calidad
del agua de abastecimiento.
1.3
Consideraciones básicas
1.4
Objetivos y conceptos
1.5
Rol del Ingeniero Sanitario
-Preservar la salud de la población
-Preservar el medio ambiente
-Explotar los recursos naturales de forma equilibrada
-Planificar las obras con visión al futuro
-Extender el servicio a los lugares mas alejados.
4
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1.6
Ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico es la continua circulación de humedad y de agua sobre nuestro
planeta.
La cualidad de agua existente en la tierra, inmutable en el tiempo se considera en
conjunto, varia en diversas porciones en que existe en el estado sólido, liquido y
gaseoso.
En el estado liquido, el agua se presenta encima de la superficie terrestre,
constituyendo las lluvias; en la superficie, formando los ríos y arroyos, lagos y
lagunas, océanos y mares; y debajo de la superficie, alimentando los mantos y
bolsones subterráneos.
Las diversas porciones en que el agua se presenta en estado liquido constituyen
los manantiales de aguas. Tenemos, por lo tanto, las lluvias, los manantiales de
superficie, los manantiales subterráneos, y considerados separadamente, los
océanos y mares.
El agua puede pasar de uno para otro manantial en virtud de la gran movilidad y
de la facilidad con que cambia de estado en las condiciones naturales de
temperatura.
Por la acción de los rayos solares, el agua del mar se desprende de la superficie
liquida como vapor, que se eleva a la atmosfera para constituir las nubes.
Las nubes son arrastradas por el viento. Cuando el aire queda saturado de
humedad y decrece la temperatura, ellas se condensan para formar las lluvias,
que en gran parte se precipitan al mar.
Aunque gran parte de las precipitaciones atmosféricas produzca lluvia, la
condensación de vapor de agua también puede formar nieve, helada, granizo,
neblina y sereno.
La verdad es que, en gran parte las nubes tengan origen en el agua del mar,
pueden ser resultantes
1.7
Fuentes de agua y su utilización
Existen tres tipos de fuentes de agua, ellas son subterráneas, superficiales y sub
superficiales.
La utilización mayor de fuentes son las superficiales y subterráneas, esto
dependerá de su facilidad de acceso y el costo de su tratamiento.
1.8
Tipos de Sistemas de Abastecimiento de agua
1.9
Aguas subterráneas
Acuíferos libres (freáticos), acuíferos confinados, semi confinados, vertientes,
etc.
1.10
Aguas superficiales
Ríos, arroyos, mares, lagos y lagunas.
5
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1.11
Aguas sub superficiales
Aguas de lluvia (apropiada como fuente en lugares donde el agua superficial o
subterránea es escasa o de baja calidad).
1.12
Población y demanda de agua
En Bolivia, el organismo estatal encargado de llevar los datos oficiales acerca del
crecimiento poblacional es el Instituto Nacional de Estadistica (INE), cuyos datos
abarcan a todo el país.
Se cuenta con datos censales de 1976, 1992 y 2001 que son los tres últimos
censos y datos extrapolados que el INE va mostrando en su pagina WEB, en
forma anual.
El crecimiento demográfico en las poblaciones, se debe a los siguientes factores:
Tasa de natalidad
Tasa de mortalidad
Tasa de migración.
Es muy raro encontrar estos factores en poblaciones rurales, en caso de utilizar
los mismos, el método desarrollado se conoce con el nombre de crecimiento
poblacional por método de las componentes.
El crecimiento poblacional esta íntimamente ligado al tamaño del proyecto y por
tanto al periodo de diseño que se analice. Debido a factores imprevisibles, una
población no puede ser extrapolada con seguridad a mas de 20 años, pues
durante periodos mas largos, podrían ocurrir fenómenos de crecimiento que
distorsionen en alto grado la magnitud del proyecto que se vaya a adaptar.
Crecimiento por componentes:
Tasa de natalidad
Tasa vegetativa
Tasa de crecimiento
Tasa de mortalidad
de crecimiento
poblacional
Tasa de migración
Tasa de crecimiento poblacional: es el aumento (disminución) de la población
por año en un determinado periodo, debido al aumento natural y a la migración
neta, expresado como porcentaje de la población del año inicial o base.
Tasa vegetativa de crecimiento: son los nacimientos menos las defunciones.
Tasa de natalidad: es el número de niños nacidos vivos en un año expresado
como porcentaje de la población o por cada 1000 personas, y la tasa bruta de
natalidad es el cociente entre el número de nacimientos ocurridos durante un
periodo determinado (un año calendario) y la población media del mismo
periodo.
Tasa de mortalidad: es el número de defunciones ocurridas en un año, como
porcentaje de la población o por cada 1000 personas; la tasa bruta de mortalidad
es el cociente entre el número de defunciones de todas las edades ocurridas
durante un periodo determinado (un año calendario) y la población media del
mismo periodo.
Tasa de migración: es el cociente entre el saldo neto migratorio de un periodo
(inmigrantes menos emigrantes) y la población estimada del mismo periodo.
La demanda de agua: Los principales factores que afectan a la demanda de
agua son: clima, forma de vida, hábitos de la población, uso comercial, uso
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industrial, uso publico, costo del agua, calidad del agua, presión en la red de
distribución, tipo y calidad de aparatos sanitarios, instalación de medidores,
continuidad de abastecimiento de agua potable, estado de conservación de la
red, existencia del alcantarillado sanitario.
1.13
ZONA
500
500-2000
2000-5000
5000-20000
20000-100000
MAS DE 100000
Altiplano
Valles
Llanos
30-50
50-70
70-90
30-70
50-90
70-110
50-80
70-100
90-120
80-100
100-140
120-180
100-150
150-200
200-250
150-250
200-300
250-350
Proyección de la población
En el año 1835, el investigador Quetelet, aplica el primer criterio matemático en
relación al crecimiento de población. Posteriormente Verholts asumió este
principio y sugirió una curva de crecimiento teórica que tiene la forma de una “S”,
a la que llamo “Curva logística”.
Para el calculo de la población futura se podrá utilizar uno de los siguientes
métodos de crecimiento, según el tipo de población, dependiendo de las
características socioeconómicas de la población, y debe guardar relación de
acuerdo a lo que se especifica en la tabla (NB 689, pag.25).
1.14
METODO A
EMPLEAR
Poblaciones peq.
Hasta 5000 hab.
Población mediana
5000-20000 hab.
Población grande
20000-100000
hab.
Población mayor
100000 hab.
Crecimiento
aritmético
Crecimiento
geométrico
Método de
Wappaus
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
Método de crecimiento aritmético.
Corresponde a la ecuación del “Interés simple” dada por la formula:
𝑖
Pf = Po { 1 + 100 𝑡 }
1.15
Método de crecimiento Geométrico
Corresponde a la ecuación del “Interés compuesto” dada por la formula:
𝑖
Pf = Po { 1 + 100 }t
1.16
Método de crecimiento WAPPAUS
Pf = Po {
200+ 𝑖𝑡
200−𝑖𝑡
}
Pf = población futura (hab.).
Po = población inicial de referencia (hab.)
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i
t
= índice de crecimiento anual (%)
= periodo de diseño, a partir del año dato para la población inicial (años).
1.17
Método de crecimiento parabólico
Este método se usa preferentemente en poblaciones que se encuentran en el
periodo de asentamiento o inicio (solo se escogerán tres datos censales).
Pf = A*t2 + B*t + C
A, B, C = constantes a determinar de tres ecuaciones obtenidas.
1.18
Otros métodos
Metodo exponencial:
𝑖𝑡
Pf = Po * e{ 100 }
Metodo INE
𝑟
Pf = Po { 1 + 100 }t
.r = tasa anual de crecimiento (%)
.e = base de los logaritmos neperianos.
1.19
Datos censales requeridos.
1.20
Ejemplos de cálculo
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1.21
Uso de agua para distintos fines
1.21.1 Consumo doméstico
Es el utilizado para el uso de viviendas y no es utilizado con fines
de lucro.
-casa independiente
-apartamento
-conjunto habitacional
1.21.2 Consumo comercial
Es el que se presta a predios en donde se desarrollan actividades
comerciales, sin transformación de productos.
-tiendas, agencias de ventas
-depósitos comerciales
-bancos, comerciales, compañías de seguro
-oficinas de negocio
-hoteles, pensiones
-restaurantes, bares, discotecas, confiterías
-teatros, cines, sala de espectáculos
-clínicas y hospitales privados
-establecimiento de servicio de transporte
1.21.3 Consumo industrial
Es el que se destina a predios donde se desarrollan operaciones
dirigidas a la obtención, transformación de una o varias materias
primas.
-Fabricas, estaciones de servicio
-plantas industriales
-industrias metalúrgicas
-mataderos
-huertas
1.21.4 Consumo oficial
Es el que se suministra a predios de entidades de servicio gratuitos
y de beneficencia.
-hospitales, asilos, instituciones de beneficencia
-iglesias, conventos
-pilas publicas
1.21.5 Consumo para incendios
Es el consumo que se prevé para emergencias de incendios.
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1.21.6 Pérdidas en red y plantas
Es una cantidad que se pierde en el recorrido de la red e
instalaciones de tratamientos y tanques.
1.22
Demanda total de Agua
Es el resultado de la suma de los siguientes consumos y pérdidas:
-Consumo doméstico
-Consumo comercial
-Consumo industrial
-Consumo oficial o publico
-Consumo para incendios
-Pérdidas en red y plantas
CAPITULO II
CALIDAD DEL AGUA SUMINISTRADA
2.1
Enfermedades que puede transmitir el agua
ORGANISMO
Bacteria:
Escherichia coli
Ligionella pneumophila
Leptospira (150 esp.)
Salmonella typhi
Salmonella (-1700 esp.)
Shigella (4 esp.)
Vibrio cholerae
Yersinia enterolitica
ENFERMEDAD
gastroenteritis
legionelosis
leptospirosis
fiebre tifoidea
salmonelosis
shigelosis
Cólera
Yersinosis
Virus:
Adenovirus (31 tipos)
Enterovirus (67 tipos)
Hepatitis A
Agente Norwalk
Rotavirus
enfermedades respiratorias
gastroenteritis, cardiacas, meningitis
hepatitis infecciosas
gastroenteritis
gastroenteritis
Protozoos:
Balantidium coli
Crytosporidium
Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
balantidiasis
criptoporidiosis
Ameabiasis (disisteria amebica)
giardiasis
Helmintos:
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Ascaris lumbricoides
Enterobius vericularis
Fasciola hepática
Hymenolepis nana
Taenia saginata
Taenia solium
Trichuris trichiura
2.2
ascariasis
enterobiasis (gusanos)
Fascioliasis
hymenlepiasis (tenia enana)
teniasis
teniasis
trichuriasis (gusanos)
Impurezas del agua
2.2.1 Físicas
-color
-olor
-solidos
-temperatura
2.2.2 Químicas
Orgánicos:
-carbohidratos
-grasas animales, aceites, grasas
-pesticidas
-fenoles
-proteínas
-contaminantes prioritarios
-agentes tenso activos
-compuestos orgánicos volátiles
Inorgánicos:
-Alcalinidad
-cloruros
-metales pesados
-nitrógeno
-ph
-fosforo
-contaminantes prioritarios
-azufre
2.2.3 Bacteriológicas
-Escherichia coli
-Ligionella pneumophila
-Leptospira (150 esp.)
-Salmonella typhi
-Salmonella (-1700 esp.)
-Shigella (4 esp.)
-Vibrio cholerae
-Yersinia enterolitica
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2.2.4 Elementos tóxicos.
-pesticidas
-herbicidas
-elementos radioactivos
2.3
Análisis del Agua
2.3.1 Físico Químico
Físico:
-turbidez
U.N.T.
-color
escala pt-co
-olor
-sabor
oC
-temperatura
-solidos totales
mg/L
-solidos totales susp.
mg/L
Químicos:
-dureza total
-Calcio
-manganeso
-hierro
-sulfatos
-cloruros
-magnesio
-nitratos
-nitritos
-ph (a 19 oC)
48 hr
48 hr
6 hr
24 hr
in situ
14 dias
6 meses
2.3.2 Bacteriológico
-coliformes totales
-eschirichia coli
2.3.3 Elementos tóxicos (pesados).
-cromo
-plomo
2.3.4 Normas propuestas para agua potable (OPS-OMS)
Este es un aspecto importante, ya que existen por lo menos 100
parámetros catalogados en las guías para calidad del agua potable
(O.M.S.1984). Entre los requisitos tenemos:
Requisitos organolépticos:
Características
Max. aceptable
12
Observaciones
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-Color
15 UCV
UCV-unid. Color verdadero
-Sabor y olor
Ninguno
Debe ser aceptable
UNT-uni.
Nefelometricas
de
-Turbiedad
5UNT
turbiedad
-Solidos totales 1000 mg/lt
disueltos
*norma boliviana NB512, agua potable requisitos
Requisitos de radioactividad del agua potable:
Características
Max. aceptable
Observaciones
Radioac. Alfa global 0,1 Hg/L
Radioac.Beta global 1,0 Hg/L
*norma boliviana NB512, agua potable requisitos
Requisitos microbiológicos:
Características
Max. aceptable
Observaciones
Coliformes totales
0 ufc/ml
Coliformes fecales
0 ufc/ml
*norma boliviana NB512, agua potable requisitos
Requisitos físico-químicos:
Características
-Alcalinidad total
-Dureza total
-pH
-Arsenico As
-Bario
Ba
Cadmio
Cd
Calcio
Ca
Cianuro
CNCloruros
ClCobre
Cu
Cromo
Cr+6
Fluor
F
Hierro total Fe
Magnesio Mg
Manganeso Mn
Mercurio
Hg
Niquel
Ni
Aluminio
Al
Amoniaco NH4+
Antimonio Sb
Sodio
Na
Potasio
K
Nitritos
NO-2
Plomo
Pb
Max. aceptable
370.000
CO3Ca
mg/lt
500.000 ml/lt CO3Ca
8.500
0.050mg/L
1000 mg/L
0.005 mg/L
200.000 mg/L
0.020 mg/L
250.000 mg/L
0.050 mg/L
0.050 mg/L
1.500 mg/L
0.300 mg/L
150.000 mg/L
0.300 mg/L
0.001 mg/L
0.050 mg/L
0.200 mg/L
0.050 mg/L
0.050 mg/L
200.00 mg/L
10.000 mg/L
0.050 mg/L
0.010 mg/L
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Observaciones
Parám.
Control
relacionado con pH
Limt. Inferíos 6.5
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Selenio
Sulfatos
Zinc
2.4
Se
SO4Zn
0.010 mg/L
300.000 mg/L
5.000 mg/L
Investigación de las causales de polución
Son causales de polución hídrica los residuos:
-Sólidos domésticos (los vertederos generan el lixiviado)
-Residuos líquidos industriales (fabricas)
-Sólidos industriales
-Residuos hospitalarios
-Residuos radioactivos
-Residuos agropecuarios (agroquímicos)
-Residuos fecales humanos y animales
2.5
Aguas ácidas (laboreo minero)
-Utilización de ácidos (sulfúrico, etc.)
-Utilizacion de metales pesados para concentrados (mercurio)
CAPITULO III
CRITERIOS DE DISEÑO
3.1
Caudal de diseño.
3.1.1 Caudal medio diario.
Definimos como el promedio de los consumos diarios durante un año de
registros expresado en (lt/seg).
Qmed.d(lt/sg) = Población(hab) x Dotación(lt/hab/dia) / 86400(sg)
3.1.2 Caudal máximo diario.
Definimos como el dia de máximo consumo de una serie de registros
observados durante un año.
Qmax.d = K1 x Qmed.d
(K1 =1.2-1.5 Norma boliviana NB689)
K1 = Fac. de varic. Diaria-según lugar
3.1.3 Caudal máximo horario.
Definimos como la hora de máximo consumo del dia de máximo consumo.
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Qmax.h = K2 x Qmax.d
(K2 = Fac. varc. Horaria-según poblac.
Tamaño de la poblacion
Hasta 2000 hab.
De 2000 a 10.000 hab.
De 10.000 a 100.000 hab.
De 100.000 hab. adelante
3.2
Coeficiente K2
2.20 – 2-00
2.00 – 1.80
1.80 – 1.50
1.50
Generalidades sobre el diseño
COMPONENTES DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO
red de
distribucion
obra captacion
linea
aduccion
planta de
tratamiento
planta de
bombeo
linea de
impulsion
tanque
almacenamiento
Para el diseño de la red, es imprescindible haber definido la fuente de
abastecimiento y la ubicación del tanque de almacenamiento, cumplidos estos
requisitos se procederá al diseño.
Las cantidades de agua estarán definidas por los consumos, estimados en base
a las dotaciones de agua.
La red debe mantener Presiones de Servicio mínimas que sean capaces de llevar
agua al interior de la vivienda.
De acuerdo a la NB689 se tiene:
15
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Caudal:
La red se calculara para el Consumo Máximo Horario o para el caudal Maximo
Diario mas la demanda contra incendio, utilizando el mayor valor.
Diámetros:
En poblaciones urbanas mayores a 5000 habitantes, el diámetro mínimo será de
50mm(2pulg.). En poblaciones urbanas menores a 5000 habitantes se aceptara
como diámetro mínimo de 38mm(1 1/2pulg.).
En poblaciones menores a 5000 habitantes se aceptara como diámetro mínimo
25mm(1pulg.), aceptándose ramales de 3/4pulg.
Velocidades:
Las velocidades en cada uno de los tramos de la red no deben ser menores de
0.60m/seg (para evitar la sedimentación de partículas), ni mayores de 2.0m/seg
(velocidades mayores podrían ocasionar problemas de vibración de las tuberías).
Se recomienda emplear velocidades entre 1 a 1.20m/seg.
Presiones:
Durante el periodo de la demanda máxima horaria la “presión dinámica” en
cualquier punto de la red no será menor a:
En poblaciones rurales menores a 5000 hab.:
5mca.
En poblaciones de 5000 a15000 hab.:
10mca.
En poblaciones de áreas urbanas .:
20mca.
La “presión estática” máxima no será en ningún caso mayor a 70mca.
Ubicación de tuberías:
Las tuberías de la red de distribución se colocaran en los costados SUR y ESTE
de las calles a 1.5 metros del cordón de la acera (o un tercio de la calzada; si se
ha estado empleando con anterioridad este criterio), y a una profundidad minima
de 0.80m., en vías con transito vehicular, y a 0.50m., en área rural, medidas desde
la rasante a la corona del tubo.
La separación entre las tuberías de agua potable y alcantarillado será de 3 metros
en planta. De no poder cumplirse con esta condición, se colocaran las tuberías en
zanjas separadas a una distancia de 1.50m., debiendo colocarse la tubería de
agua potable a 0.30m., como mínimo por encima del alcantarillado.
Válvulas:
Son accesorios que sirven para regular el flujo de agua.
La red de distribución debe estar prevista de válvulas tipo compuerta, con vástago
no deslizante, provistas de cabezal superior estándar para todos los diámetros,
operables mediante llaves “T”.
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Las válvulas deben colocarse en las intersecciones de las mallas principales, de
tal manera que formen cuarteles cuyo desarrollo no debe pasar los siguientes
valores:
1500 m., en poblaciones menores y de baja densidad de habitantes
(menor de 250 hab/Ha)
Debe colocarse una válvula en los puntos en que exista un ramal de derivación
importante.
En poblaciones hasta de 1000 habitantes, puede proveerse una sola válvula a la
entrada a la población, execto en los casos en los que se tenga que definir “areas
de consumo” o “zonas de presión diferenciada”.
En los puntos bajos de la red se instalaran válvulas de Purga y se diseñan las
obras necesarias para su adecuado desagüe.
No se permiten “puntos muertos” en la red, debiendo terminar necesariamente en
válvulas de drenaje.
En los puntos altos de la red se instalaran las Ventosas correspondientes.
Todas las válvulas deben completarse y protegerse con cajas de mampostería,
hormigón o metálicas, con tapa a nivel de la rasante. Además se debe realizar la
señalización correspondiente en la pared visible mas próxima.
Hidrantes:
Los hidrantes para combatir incendios deben instalarse en tuberías de un
diámetro mínimo de 75mm. Deben ubicarse de acuerdo a un estudio especifico,
con preferencia en lugares próximos a establecimientos públicos e industriales
vulnerables a los incendios, pero a una distancia no menor a 1000m entre ellos.
Deben ubicarse en puntos estratégicos, esquinas o intersección de calles y sobre
la acera.
Cada hidrante debe llevar su propia válvula para aislarlo de la red.
Para poblaciones menores a 10000 habitantes, no es recomendable y resulta
antieconómico el proyectar sistema contra incendio. Para poblaciones mayores a
10000 habitantes se asume un tiempo de duracionde incendio de 2 a 4 horas,
para caudales de incendio de 10, 16, 32 lt/s. de acuerdo a la importancia y
densidad de población.
3.3
Partes componentes de los sistemas de agua potable (superficial)
Captación:
La capacidad de la captación será igual al consumo máximo diario cuando
se doten de tanques de regulación e igual al consumo máximo horario en
caso contrario.
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Aducción:
Cuando el sistema incluye tanques de almacenamiento o planta de
tratamiento, la capacidad de la aducción en el punto de entrega deberá ser
por lo menos igual a la requerida para satisfacer el consumo máximo diario.
Si no hay tanque de almacenamiento y/o planta de tratamiento, la capacidad
deberá ser tal que satisfaga por lo menos el consumo máximo horario, previo
análisis económico.
Tubería de impulsión:
Cuando el sistema incluye el tanque de almacenamiento o planta de
tratamiento, la capacidad de impulsión debe ser por lo menos igual a la
requerida para satisfacer la demanda de consumo máximo diario.
Si no hay tanque de almacenamiento y/o planta de tratamiento, la capacidad
debe ser tal que satisfaga por lo menos el consumo máximo horario, previo
análisis económico.
Planta de tratamiento:
La capacidad de la planta de tratamiento, deberá diseñarse en base al
consumo máximo diario. Se tendrá en cuenta el tiempo de operación de la
planta.
Tanque de almacenamiento:
La capacidad del tanque será igual al volumen que resulte mayor de las
siguientes consideraciones:
-volumen de regulación
-volumen contra incendio
-volumen de reserva
El ingeniero proyectista deberá justificar la consideración en el cálculo del
volumen total.
Cloración:
Debe tener una capacidad para tratar el consumo máximo horario.
Red de distribución:
Su capacidad será el valor que resulte mayor de las siguientes alternativas:
-consumo máximo horario
-consumo máximo diario y gasto de los hidrantes.
3.4
Fuentes de previsión de Agua y criterios de selección de la fuente
Fuentes de provisión:
Fuentes superficiales: ríos, lagos, mar, nieve.
18
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Fuentes subterráneas: acuíferos, vertientes.
Fuentes meteorológicas: lluvias.
Criterios de selección de fuente:
Localizar las fuentes mas próximas
La fuente menos contaminada (menor tratamiento)
La capacidad o caudal de la fuente en todo el año
Forma de desarrollar los trabajos en la cuenca (facilidad obras)
Las leyes y derechos del agua.
3.5
Datos generales del proyecto
Aforos:
Superficial (vertientes)
Sub-superficial (galerías)
Información hidrogeológica (subterránea)
Censo población actual:
Ine, sondeo, estimación, etc.
Análisis físico, químico, bacteriológico:
Topografía (taquimetría):
Ubicación BM p/replanteo
Planos a escala
Aducción:
Topografía
Detallar quebradas:
Croquis
Ubicación tanque de almacenamiento:
Semi enterrado
Elevado
Enterrado
Evaluación social:
Participación de la comunidad
19
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
CAPITULO IV
OBRAS DE CONDUCCION
4.1
Obras de Conducción
4.1.1 Canales
Los canales son obras de conducción o trasporte por acción de la
gravedad de líquidos, ellos pueden ser revestidos o naturales (tierra),
cubiertos o abiertos, la secciones de dicho canal son las mas
diversas.
4.1.2 Secciones típicas de canales, cálculos en tierra
Las secciones típicas mas usadas son:
Rectangular
Triangular
Trapecial
CANAL TRIANGULAR
CANAL RECTANGULAR
D
D
d
d
A
B
CANAL TRAPECIAL
B
D
d
A
b
Coeficiente de rugosidad corrientes naturales(n)
SUPERFICIE
Tierra,suelo,limpio
Suelo hierba baja
Suelo sinuoso piedra
S. sinuoso tirante bajo
S. sin. Hierba, piedra
S. sin. Tirant.b. piedra
Rio piedra hierb. Poza
Playa enhierbada
PERFECTAS
BUENAS
MEDIANAS
MALAS
0.025
0.030
0.033
0.040
0.035
0.045
0.050
0.070
0.0275
0.033
0.035
0.045
0.040
0.050
0.060
0.100
0.030
0.035
0.040
0.050
0.045
0.055
0.070
0.125
0.033
0.040
0.045
0.055
0.050
0.060
0.080
0.150
20
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Coeficiente de rugosidad canales y zanjas (n)
SUPERFICIE
PERFECTA
S
BUENAS
MEDIANAS
MALAS
Tierra/alinea/uniform
Roca/liso/uniforme
Roca/salientes/sinuos
sinuoso escurr/lento
Dragados en tierra
Lech/pedreg/bor/hierb
Fondo/tierra/talud/asper
0.017
0.025
0.035
0.0225
0.025
0.025
0.028
0.020
0.030
0.040
0.025
0.0275
0.030
0.030
0.0225
0.033
0.045
0.0275
0.030
0.035
0.033
0.025
0.035
0.030
0.033
0.040
0.035
Inclinación de paredes canales de tierra
Caracteristicas de los
suelos
Roca en buenas condiciones
Arcillas compactas o conglom.
Limos arcillosos
Limos arenosos
Arenas sueltas
Canales poco
profundos
Vertical
½:1
1:1
1½:1
2:1
Canales
profundos
¼:1
1:1
½:1
2:1
3:1
Propiedades geométricas de los canales
SECCIO
N
área
Peri.moj
.
Anch
o
sup.
Prof.hid.
(D)
Rad.hid.
RECTANGUL
AR
TRAPECIAL
Bxd
B+2d
B
Area/B
Bxd/(B+2d)
Bxd+md2
B+2d(1+m2)
B+2mxd
(Bd+md2)/(B+2m
d)
d/2
(Bd+md2)/(B+2d(1+m2
)1/2)
Md/(2(1+m2)1/2)
1/2
TRIANGULA
R
.md2
2d(1+m2)1/2
2md
Ecuaciones mas utilizadas en conducciones libres
Ecuacion de Chezy, para diseño de alcantarilla:
V = C√(RHxS)
V = velocidad media m/s
C = coeficiente constante dependiente
RH= radio hidráulico
21
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
S = So pendiente fondo canal
Fórmulas americanas – MANNING
Según manning: C =
(𝑅𝐻)1/6
𝑛
1
3,2083𝑄𝑛 3/8
)
√𝑆
V = 𝑛RH2/3 S1/2
D=(
Q = A𝑛RH2/3 S1/2
S = V2n2/(D/4)4/3
1
V = velocidad m/s
.n = coeficiente de rugosidad
RH = radio hidráulico m
S = pendiente m/m
Q = descarga m3/s
A = área de escurrimiento m2
Método analítico para el calculo del tirante normal de circulación(dn)
Este método consiste en que conocidos los datos(Q, n, S, B,
m=pend.late.), se deberá suponer valores de “d”, hasta realizar la
igualdad:
AreaxRh2/3 = Q x n/(S)1/2
.d(supuesto)
B
(m)
Area
(m2)
P
(m)
AxRh2/3
Rh
Qxn/√S
Ejemplo
Calcular el tirante normal en un canal de tierra, en buenas
condiciones, que conduce un gasto de 4.5m3/s, y cuya pendiente es
0.4m por kilometro, el ancho de la plantilla es 3m, la inclinación de las
paredes 1,5:1 y el coeficiente de rugosidad 0.025.
.d(supuesto
)
B
(m)
1,00
3,00
2
1.5
1.25
3,00
3,00
3,00
T
(m
)
Area
(m2)
6,0
0
9
7.5
6.7
5
22
P
(m)
Rh
AxRh2/3
4,50
6,6
0.68
3.48
12
7.87
6.09
10.22
8.4
7.5
1.17
0.94
0.81
13.32
7.55
5.29
Qxn/√S
5,63
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
CANAL TRAPECIAL
T
1
m
D
d
A
B
i.
Revestidos
SUPERFICIE
PERFECTA
S
BUENAS
MEDIANAS
MALAS
Canal de concreto
Mamposteria c/cemt.
Mamposteria seca
S. cemento pulido
S. aplanad.c/mote/cem
Tuberia concreto
Tuberia de duela
0.012
0.017
0.025
0.010
0.011
0.012
0.010
0.014
0.020
0.030
0.011
0.012
0.013
0.011
0.016
0.025
0.033
0.012
0.013
0.015
0.012
0.018
0.030
0.035
0.013
0.015
0.016
0.013
Ejemplo
Encontrar el tirante (d) de un canal rectangular con los siguientes
datos:
Q=20 m3/s
.n=0.02
23
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
S=0.0001m/m
.d(supuesto
)
B
(m)
1
2
3
2,8
2,75
10
10
10
10
10
Area
(m2)
10
20
30
28
27,5
P
(m)
12
14
16
15,6
15,5
Rh
AxRh2/3
0,833
1,429
1,875
1,795
1,774
8,86
25,37
45,62
41,35
40,30
Qxn/√S
40,00
CANAL RECTANGULAR
D
d
B
ii.
Obras Complementarias y detalles constructivos
Salto hidráulico:
Cuando en la circulación ocurre un cambio de estado de supercrítico
a subcritico, por efecto de una disminución rápida de la pendiente,
por un ensanchamiento del canal.
Aforadores:
Son dispositivos que miden frecuentemente el caudal y el tirante del
canal, el mas conocido método directo:
Parshall
Sanidi
Vertedor de aforo
Aforo volumétrico, etc.
Transiciones:
24
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Son dispositivos que permiten el paso del fluido de un tipo de sección
a otro, o de un tamaño de sección a otro.
Curvas o cambio dirección:
Permiten mantener la continuidad del fluido en el canal,
iii.
Tuberías de aducción por gravedad
Los casos típicos de estas conducciones son los túneles de
alcantarillas y cloacas. Para considerar este tipo como libre, se
supone que se trabaja a tubo no lleno o parcial. Se puede hacer
trabajar al tubo a mitad de la sección o diámetro.
Ejemplo
Encontrar el tirante (d) de un canal circular con los siguientes datos:
Q=20 m3/s
.n=0.02
S=0.0001m/m
.d(supuesto
)
1,00
2,00
3,00
2,80
2,76
B
(m)
2,00
4,00
6,00
5,60
5,52
Area
(m2)
3,14
12,56
28,26
24,62
23,92
P
(m)
4,00
8,00
12,00
11,20
11,04
Rh
AxRh2/3
0,79
1,57
2,36
2,20
2,17
2,67
16,97
50,02
41,62
40,05
Qxn/√S
40,00
b. Dimensionamiento de aducciones a PRESION
Podemos utilizar las ecuaciones de Hazen-Williams, se verifica la
perdida de carga y constatando siempre las velocidades en el rango
optimo (0.6-2m/s), habremos encontrado el diámetro requerido:
J = 10.643xQ1.85/(C1.85xD4.87)
V = 0.355xCxD0.63J0.54
Hf = JxL
Q=caudal (m3/s)
C=coeficiente rugosidad Hazen-Williams (CHW)
D=diametro (m)
L=longitude de la tuberia (m)
25
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
J=perdida de carga por unidad de recorrido (m/m)
.hf=perdida por cada tramo recto
Material
Hierro dulce
condicion
Nuevo
5 años
concreto
Encof.acero
Encof.madera
Centrifugado
buenas
cte
PVC
Hierro
galvan.
Diámetro(pulg)
Todos
D>12
8<D<10
4<D<6
todos
CHW
130
120
119
118
140
120
135
150
120
Podemos aproximar el diámetro:
D=√(4xQ/(ᴨxV)) , adoptamos una V (0.6-2m/s)
c. Obras complementarias y detalles constructivos
i. Tranquillas rompe carga, desagües, ventosas y otros.
Tranquillas rompe carga:
En las líneas de aducción por gravedad, la carga originada por el
desnivel de un sitio a otro, puede crear presiones superiores a la
presión máxima que soporteria una determinada clase de tubería. Ello
obliga a disipar dicha energía, par ello se recurre a la utilización de
“válvulas reguladoras de presión” o “cámaras rompe presión”.
26
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Tranquilla rompe carga
rebose
limpieza
salida
entrada
nivel de cierre
salida
Ubicación de accesorios:
Ventosa = valvula ventilacion
Tranquilla rompe carga
Instalacion de limpieza
27
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
ii. Materiales de tuberías utilizadas.
iii.
Tuberías de aducción por bombas
iv.
Bombas tipos y elección
Las bombas se pueden clasificar en:
Centrifugas
Rotatorias
De embolo o pistón
De tipo turbina
Para los sistemas de agua se usan generalmente las bombas centrifugas.
Las bombas centrifugas se pueden clasificar por:
Movimiento del líquido
Admisión del líquido
Tipo de rotor
Posición del eje
La presión
Motor-bomba
Bomba
Motor electrico
Base hierro
Base concreto
v.
Ejemplos de diseño
d. Dimensionamiento de aducciones por BOMBEO
i.
Diámetro económico.
El diámetro mas económico de la conducción de bombeo, deberá ser
escogido a partir de la formula de “Bresse”.
28
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Para funcionamiento continuo:
D=K
D=diámetro económico (m)
Q=Caudal (m3/s)
K=Coeficiente de Bresse (1.1-1.5)
K=esta en función a la “velocidad económica”
K=√(4/ᴨxV) , V=velocidad (m/s)
Para Metcal Fx & Eddy, la velocidad optima esta (1.1-1.5m/s)
Para funcionamiento no continuo:
4
D = C*√Q * √𝑋
D=diámetro económico (m)
Q=Caudal (m3/s)
X= No de horas de bombeo por día / 24horas
C=f(electricidad, materiales, maquinaria)(0.7-1.6).
ii.
Pérdidas por fricción en tubería.
29
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
30
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Fair – whipple – hsiao: Tubos de fierro galvanizado
31
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
iii.
Pérdidas por fricción en accesorios.
PERDIDAS DE CARGA LOCALIZADA-EQUIVALENCIA EN METROS-PVC RIGIDO Y COBRE
DIAMETRO
NOMINAL
mm
15
20
25
32
40
50
60
75
100
125
150
CODO 90°
CODO 45°
1,1
1,2
1,5
2,0
3,2
3,4
3,7
3,9
4,3
4,9
5,4
0,4
0,5
0,7
1,0
1,3
1,5
1,7
1,8
1,9
2,4
2,6
CURVA 90°
CURVA 45°
VALVULA DE
VALVULA RETENSION
PIE C/MALLA LIVIANA
PESADO
LLAVE GLOBO LLAV.CORTINA LLAVE ANGULO
ABIERTA
ABIERTA
ABIERTA
pulg.
(1/2)
(3/4)
(1,0).
(1 1/4).
(1 1/2).
(2).
(2 1/2).
(3).
(4).
(5).
(6).
0,4
0,5
0,7
1,0
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,9
2,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
8,1
9,5
13,3
15,5
18,3
23,7
25,0
26,8
28,6
37,4
43,4
2,5
2,7
3,8
4,9
6,8
7,1
8,2
9,3
10,4
12,5
13,9
3,6
4,1
5,8
7,4
9,1
10,8
12,5
14,2
16,0
19,2
21,4
11,1
11,4
15,0
22,0
35,8
37,9
38,0
40,0
42,3
50,9
56,7
0,1
0,2
0,3
0,4
0,7
0,8
0,9
0,9
1,0
1,1
1,2
5,9
6,1
8,4
10,5
17,0
18,5
19,0
20,0
22,1
26,2
28,9
PERDIDAS DE CARGA LOCALIZADA-EQUIVALENCIA EN METROS-FIERRO GALVANIZADO
DIAMETRO
NOMINAL
mm
13
19
25
32
38
50
63
75
100
125
150
iv.
CODO 90°
RADIO LARGO
CODO 90°
RADIO MEDIO
CODO 90°
CORTO
CODO 45°
CURVA 90°
R/D - 1 1/2
CURVA 90°
R/D - 1
CURVA 45°
0,5
0,7
0,8
1,1
1,3
1,7
2,0
2,5
3,4
4,2
4,9
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
0,9
1,2
1,5
1,9
2,3
0,2
0,3
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1,0
1,3
1,6
1,9
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,9
1,0
1,3
1,6
2,1
2,5
0,2
0,2
0,2
0,3
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,9
1,1
VALVULA DE
PIE C/MALLA
VALVULA RETENSION
LIVIANA
PESADO
LLAVE GLOBO
ABIERTA
LLAV.CORTINA LLAVE ANGULO
ABIERTA
ABIERTA
pulg.
(1/2)
(3/4)
(1,0).
(1/2)
(1/2)
(1/2)
(1/2)
(1/2)
(1/2)
(1/2)
(1/2)
0,3
0,4
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
1,6
2,1
2,7
3,4
0,4
0,6
0,7
0,9
1,1
1,4
1,7
2,1
2,8
3,7
4,3
3,6
5,6
7,3
10,0
11,6
14,0
17,0
20,0
23,0
30,0
39,0
1,1
1,6
2,1
2,7
3,2
4,2
5,2
6,3
8,4
10,4
12,5
1,6
2,4
3,2
4,0
4,8
6,4
8,1
9,7
12,9
16,1
19,3
0,1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,4
0,5
0,7
0,9
1,1
1,4
Altura dinámica de bombeo.
e. Determinación de la potencia de las bombas-
i.
Eficiencia del motor
La eficiencia del motor se debe a una serie de factores, entre ellos
mecánicos y eléctricos
Em = 75 / Pm
32
4,9
6,7
8,2
11,3
13,4
17,4
21,0
26,0
34,0
43,0
51,0
2,6
3,6
4,6
5,6
6,7
8,5
10,0
13,0
17,0
21,0
26,0
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
ii.
Eficiencia de la bomba.
La eficiencia de una bomba se mide en base al caudal que descarga
contra una altura dada y con un rendimiento determinado. El caudal
de la bomba es función del diseño de proyecto. La información sobre
el diseño de la bomba viene suministrada por medio de una serie de
curvas características. El rendimiento o eficiencia viene dado por la
formula:
Ep = potencia útil /Pi = ‫ﻻ‬xQxHt / Pi
Ep=rendimiento de la bomba (adimensional)
Pi=potencia absorbida, kW, kNxm/s
‫ =ﻻ‬peso especifico del agua, kN/m3
Q = caudal, m3/s
Ht = altura manometrica total (m).
Los rendimientos de las bombas suelen variar dentro de un intervalo
comprendido entre 60 a 85 por 100. Esto se puede obtener de las
curvas características de la bomba, proporcionada por el fabricante:
iii.
Holguras de potencia necesarias.
Se debe admitir, en la práctica, un cierto margen para los motores
eléctricos.
Los siguientes aumentos son recomendables:
50% para las bombas hasta
2hp
30% para las bombas de
2 a 5hp
20% para las bombas de
5 a 10hp
15% para las bombas de
10 a 20hp
10% para las bombas de mas de
20hp
f.
Ejemplos de cálculo de tuberías a presión (gravedad).
33
APUNTES DE SANITARIA I – UAGRM
ING. WILLY A. ARZADUM E.
Ejemplo:
Calcular en diámetro de la tubería circular PVC, que requiere conducir un caudal
de 2.85 lt/s. La diferencia de niveles es de 20.5m.
1)Por Hazen-Williams:
J = 10.643xQ1.85/(C1.85xD4.87)
V = 0.355xCxD0.63J0.54
Hf = JxL
Diametro
(pulg)
2,000
Diametro
(m)
0,051
Caudal
(m3/s)
0,003
J
(m/m)
0,0394
L
(m)
509,500
Velocidad
(m/s)
1,420
4,000
0,102
0,003
0,0013
509,500
0,355
sedimenta
6,000
0,152
0,003
0,0002
509,500
0,158
sedimenta
Hf = JxL = 0.0394x509.5 = 20.1m
Pediente = 20.5/509.5 = 0.04 = 4%
2)Por diámetro económico:
Para funcionamiento continuo:
D = K√Q = 1,1x(0,00285)1/2 = 0,058m
D=diámetro económico (m)
Q=Caudal (m3/s)
K=Coeficiente de Bresse (1.1-1.5)
3)Por ábaco:
34
Observ
optimo
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TUBERIA CIRCULAR
D
B
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g.
Ejemplos de cálculo de tuberías por bombeo.
EJEMPLO ESTACION DE BOMBEO
Se trata de calcular una instalación de bombeo para suministrar un caudal de 50
m3/h de agua, desde un pozo cuyo nivel de agua se encuentra a 4 metros por
debajo de la cota de terreno, hasta un depósito de almacenamiento de agua cuyo
borde superior se encuentra a un desnivel de +12 metros respecto a la cota de
referencia de emplazamiento del eje de la bomba en el borde del pozo.
Por otro lado, el terreno donde se sitúa el pozo está a una altitud topográfica de
unos 400 m sobre el nivel del mar.
Li=50m
Di
Hi=12m
Hg
Motor-bomba
La=8m
Ha=4m
Da
- Tubería de aspiración:
• Longitud: 8 metros;
• Válvula a pie de tubería: 1 ud;
• Codos a 90º: 1 ud;
- Tubería de impulsión:
• Longitud: 50 metros;
• Válvula de antiretorno: 1 ud;
• Codos a 90º: 3 uds;
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CALCULOS
Para bomba funcionamiento no continuo(8h):
8 /
D=C√Q ∗ X1/4=0,9√0,01388 ∗ (24)1 4=1.1*0,1178*0,7598=0.098m=
D=98mm(4pulg)
D=diámetro económico (m)
Q=Caudal (m3/s)
X= No de horas de bombeo por día / 24horas
C=f(electricidad, materiales, maquinaria)(0.7-1.6).
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BOMBA AGUA
1) ALTURA SUCCION (caudal Q =50m3/hr=13,88L/s)
descripcion
a) ha - altura estatica de aspiracion
b) longitudes:
La
materias
FG
mca
m
4
8,00
longitud equivalente a los virtuales
(de tabla fig.1.41)
valvula de pie con rejilla
codo 4" de 90 grados (1 codos)
23,00
3,40
lt = longitud total (real + equivalente)
34,40
en el abaco Fair-Whipple-Hsiao, ingresando con
Q=13,88 L/s, y Diam. Succi = 4", se obtiene
la perdida carga unitaria: Ju = 0,045 m/m
y la velocidad vo=1,6 m/s
c) Perdida de carga en la succion Ja:
Ja = Ju X lt = 0,045 X 34,4
1,55
d) Altura representativa de la velocidad
(vo)2/2g= (1,6)2/(2 X 9,81)
0,131
ALTURA TOTAL DE SUCCION Ha
5,68
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1) ALTURA IMPULSION (caudal Q = 13,88 L/s)
descripcion
a) hr - altura estatica de impulsion
m
b) longitudes:
Li
mca
12,00
50,00
longitud equivalente a los virtuales
(de tabla fig.1.41)
valvula de retension 4" vertical
codo 4" de 90 grados (3pza)
12,90
10,20
lt = longitud total (real + equivalente)
73,10
en el abaco Fair-Whipple-Hsiao, ingresando con
Q=13,88 L/s, y Diam. Succi = 4", se obtiene
la perdida carga unitaria: Ju = 0,045 m/m
y la velocidad vr = 1,6 m/s
c) Perdida de carga en la impulsion Ji:
Ji = Ju X lt = 0,045 X 73,1
3,29
ALTURA TOTAL DE SUCCION Hr
15,29
CALCULO DE BOMBA
ALTURA MANOMETRICA
H = Ha + Hi = 5,68 + 15,29
POTENCIA DE BOMBA
1000 x Q x H
N =
(CV) también N =
75 x n
N = 7,76 Cv (vapor)
Q = caudal (m3/s)
H = altura manométrica (m)
n = eficiencia (0,7-0,9)
20,97 m
Q x H
76 x n
(HP))
(lt/sg)
(m)
(0,7-0,9)
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Por ábacos de fabricantes:
El número de unidades de bombeo a instalar:
a) Poblaciones menores a 2.000 habitantes, puede utilizarse una sola unidad
b) Para poblaciones de 2.000 a 5.000 habitantes debe utilizarse:
- Una sola unidad con capacidad de bombeo mayor al 100% más una de reserva
de la misma capacidad que funcione alternadamente
- Dos unidades con capacidad de bombeo mayor o igual al 50% cada una más
una de reserva de la misma capacidad que funcione alternadamente.
c) Para poblaciones de 5.000 a 20.000 habitantes se usarán:
dos equipos, cada uno con una capacidad de bombeo mayor o igual al 50% del
total, mas uno de reserva de la misma capacidad que funcione alternadamente.
Cuando la fuente de energía para los equipos de bombeo sea eléctrica, se debe
disponer demás de un grupo electrógeno con capacidad para el 50% de los
equipos de bombeo.
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Capacidad de la cámara de bombeo
Debe utilizarse cuando la instalación impulsora se encuentra en un sitio distinto
a un pozo perforado o excavado. Existen dos posibilidades de diseño:
a) Dimensionamiento de la cámara de bombeo con almacenamiento:
Se empleará cuando el rendimiento de la fuente no sea suficiente para
suministrar el caudal de bombeo.
Se pueden emplear dos métodos:
a1) Balance o diagrama de masas
Se realizará un balance o diagrama de masas considerando el caudal mínimo de
la fuente de agua y el caudal de bombeo.
El volumen de almacenamiento por bombeo se calcula sumando las dos
ordenadas opuestas máximas durante el período de un día, para el caso de la
figura, este corresponderá a las ordenadas (a) y (d), que proporcionarán un
porcentaje de almacenamiento del rendimiento total diario de la fuente.
Entonces:
Va = 0,01 * Vf * [(a) + (d) ]
Donde:
Va= Volumen de almacenamiento para bombeo en m 3
Vf=Volumen diario acumulado de la fuente, determinado a partir del caudal de
estiaje en m3
(a) y (d) Son las ordenadas opuestas máximas para el período de un día de
bombeo en %. Véase la Figura 9.4.
a2)Considerando los períodos de no bombeo:
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El volumen de la cámara de bombeo podrá calcularse también considerando el
volumen que se requiere para almacenar el caudal máximo diario, para el
período más largo de descanso de las bombas, mediante la siguiente relación:
Va = Qmd * T
Donde:
Va= Volumen de almacenamiento para bombeo en m3
Qmd= Caudal máximo diario en m3/s
T= Tiempo más largo de descanso de las bombas en s.
Debe cuidarse de mantener el nivel de agua sobre la bomba o tubería de succión
para evitar la generación de vórtices.
EJEMPLO
Determinar el volumen de una cámara de bombeo cuyas bombas serán
accionadas después de períodos de 6 hrs y recibe un caudal máximo diario de
8l/s (caudal de la aducción).
Datos:
Qmax-d = 8 l/s = 0,008 m3/s
T = 6 hrs = 3600 s
Entonces:
Va = 0,008 * 3600 = 28,8 m3
b) Dimensionamiento de la cámara de bombeo sin almacenamiento
Se empleará cuando la fuente de provisión de agua tenga una capacidad mayor
o igual al caudal de bombeo. Para el diseño de la cámara de bombeo, deben
considerarse los siguientes criterios:
-Guardar las dimensiones mínimas para la instalación, operación y
mantenimiento del equipo de bombeo y accesorios.
-Las distancias entre la tubería de succión o las bombas sumergibles con las
paredes de la cámara, deben permitir el flujo libre del agua sin crear
obstrucciones o la succión del aire.
-El ingreso del agua no debe producir turbulencias que hagan oscilar el nivel
mínimo del agua sobre la boca de ingreso.
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CAPITULO V
CONCEPTOS BASICOS SOBRE
POTABILIZACION DEL AGUA
LOS
TRATAMIENTOS
PARA
LA
5.1 DEFINICIÓN
Conjunto de obras de infraestructura civil, instalaciones y equipos que tienen la
finalidad de transformar la calidad del agua cruda en agua potable a través de
procesos y operaciones unitarias.
El agua al estar en la naturaleza en contacto con el suelo y la atmósfera, adquiere
elementos o compuestos que desvirtúan su composición original físico–química
y
microbiológica, requiriéndose tratamiento para obtener agua de buena calidad
para
consumo humano, según lo especificado en la NB 512 (Agua Potable –
Requisitos).
Los criterios, parámetros y fórmulas para el diseño se encuentran expuestos en
el Capítulo 10 de la Norma Boliviana NB-689 y en el Reglamento Técnico de
Diseño de
Plantas Potabilizadoras para Sistemas de Agua Potable.
5.2 CRITERIOS BÁSICOS
POTABILIZADORAS DE
AGUA
PARA
EL
DISEÑO
DE
PLANTAS
Los siguientes criterios generales deben ser tomados en cuenta para el diseño
de plantas potabilizadoras de agua:
-El diseño deber realizarse de manera tal que refleje la minimización de costos
de construcción, operación y mantenimiento, base fundamental de la
sostenibilidad.
-Previo análisis de la calidad del agua cruda, es recomendable la selección de
procesos no mecánicos tales como: aireación, presedimentación,
sedimentación, prefiltración, filtración lenta y desinfección.
-El tratamiento convencional (coagulación, floculación, sedimentación, filtración
rápida o filtración directa) sólo se considerará en los casos en los que la calidad
del agua cruda lo amerite y verificando a través de pruebas de campo y/o
laboratorio que las tecnologías alternativas no presentan eficiencias razonables,
produciendo aguas no aptas para el consumo humano, según lo establecido en
la NB 512 (Agua Potable-Requisitos).
-El periodo de diseño de las plantas potabilizadoras podrá estar comprendido
entre 5 y 10 años para aquellas instalaciones en las cuales se requieren bajas
inversiones y corresponden al concepto de tecnología apropiada y pueden ser
ampliada una vez que el periodo haya transcurrido, rara vez se adoptará 15 a 20
años. Sin embargo, criterios socioeconómicos y financieros definirá en ultima
instancia el periodo de diseño, debiendo el proyectista justificarlo.
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-que representen el crecimiento demográfico y económico de la población
beneficiada. Por ello convendrá modular (fraccionar) las plantas de tratamiento
por razones de operación y mantenimiento; y particularmente, para facilitar su
implementación en 2 o 3 fases constructivas.
-La capacidad nominal de una planta de tratamiento corresponde al volumen total
neto de agua tratada que produce dicha instalación para un periodo de 24 horas.
La capacidad de diseño será la demanda máxima diaria. Debe tomarse en
cuenta para el diseño de instalaciones de plantas de tratamiento un porcentaje
correspondiente a las fugas que se producen o producirán en el sistema de
distribución.
-Las etapas o fases del proyecto responden a la disponibilidad de recursos
económicos para la construcción, operación y mantenimiento de una planta de
tratamiento y la factibilidad de realizar la inversión en corto plazo dentro del
periodo de diseño.
5.2.1 Procesos y operaciones de tratamiento de las aguas superficiales
Los factores a tomar en cuenta para decidir el o los procesos de tratamiento
del agua son los siguientes:
a) La remoción de contaminantes
b) La calidad del agua en la fuente de origen
a) Remoción de contaminantes
De manera preliminar y referencial en la Tabla 10.1 se presentan las eficiencias
cualitativas en los procesos de tratamiento de agua para la remoción de
impurezas, tales como el dióxido de carbono, turbiedad, color, olor, sabor,
remoción de hierro y manganeso, remoción de materia orgánica y bacterias.
(+) : Efecto favorable
(-) : Efecto no favorable
0: No causa efecto
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* La aireación produce la oxidación del Hierro, Manganeso y la materia orgánica;
la remoción
se lleva a cabo en el proceso de sedimentación y/o filtración.
** En aguas con altos contenidos de oxígeno disuelto y con presencia de la luz
solar proliferan
las algas
Fuente: adaptado Carlos España (2005), NB-689 y Reglamentos.
b) Calidad del agua en la fuente de origen
Cuando la calidad de las aguas sea tal, que tan solo se identifique la turbiedad y
la contaminación bacteriológica (Coliformes termorresistentes) como únicos
parámetros que estén fuera de norma (NB 512 Agua Potable –Requisitos) se
podrá aplicar la guía de tratamiento mostrada en la Tabla 10.2.
En la Tabla 10.3, se presenta las alternativas de tratamiento mediante filtración
con adición de coagulantes químicos cuando la calidad del agua cruda lo
requiera.
La tecnología de filtración rápida de agua químicamente coagulada no es una
solución sostenible en pequeñas localidades o asentamientos humanos, porsus
limitaciones de infraestructura y de capacidad institucional, por lo que su
implementación deberá estar ampliamente justificada.
Las alternativas para el mejoramiento de la calidad de las aguas en pequeños
asentamientos humanos que utilizan fuentes de agua superficial deben estar
centradas en la tecnología de Filtración en Múltiples Etapas (FiME), como
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alternativa para el acondicionamiento de la calidad del agua cruda a la tecnología
de la Filtración Lenta en Arena (FLA), seguida de una desinfección.
5.2.2 Procesos y operaciones de tratamiento de las aguas subterráneas
Para el tratamiento de las aguas subterráneas se tomará en cuenta una guía
general de procesos de tratamiento, según la calidad del agua a tratar y los
procesos factibles para la remoción de contaminantes. En la Tabla 10.4 se
muestra la relación entre la calidad del agua subterránea y los procesos de
tratamiento a aplicarse.
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