INTRODUCCION

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

1.- INTRODUCCION

El presente proyecto tiene como objetivo elaborar una línea de conducción por gravedad y bombeo que permita conducir agua subterránea que estará captada en un pozo. Esta agua será conducida mediante bombeo hasta un tanque superficial y posteriormente será distribuida por gravedad hacia la población.

2.-JUSTIFICACION

Se elaboro este proyecto con diferentes fines. En primer lugar es para que nosotros como alumnos del plantel, podamos conocer e implementar nuestros conocimientos adquiridos en clase y así ver diferentes tipos de vista en cuanto a la interpretación de nuestros resultados.

También este proyecto servirá para que las generaciones posteriores la nuestra tengan un campo mas amplio de investigación y una mayor facilidad de conseguir fuentes de información para elaborar proyectos de abastecimiento.

Se da a conocer también diferentes problemas que se presentan en el diseño de una línea de conducción, sus factores mas importantes para su calculo y se justifica la necesidad de retomar las diferentes formulas (Manning, Hansen Williams, Paquiao, Darcy Weisbach) vistas en hidráulica.

Existe una necesidad social de mejorar los sistemas de abastecimiento de agua potable y así asegurar un ahorro y eficiencia de nuestros sistemas.

Podemos mencionar que con este tipos de proyectos existe una necesidad ambiental por el cuidado de nuestro medio y de mantener principalmente el agua un recurso natural muy importante.

3.-CALCULO DE LA POBLACION PROYECTO

Población

La población que utilizamos para el proyecto es de la ciudad de Tulum, en la siguiente tabla se muestra la población de 1960 hasta 2005, esta población la utilizamos para calcular la tasa de crecimiento poblacional (TCP) obteniendo un promedio y en base a esta tasa de crecimiento poblacional (TCP) se obtiene la población futura con un periodo de diseño de 15 años.

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3.1 .-DETERMINACION DE TCPM

AÑO HABITANTES n TCP1960 12855 1970 23685 10.00 6.30%1980 56709 10.00 9.12%1990 94158 10.00 5.20%1995 115152 5.00 4.10%2000 121602 5.00 1.09%2005 136825 5.00 2.38%

Promedio 4.70%

TCP : Tasa de Crecimiento Poblacional

i=n√ P f

P p

−1 ; Donde

i = tasa de crecimiento poblacional

Pf = es la población futura

Pp = es la población presente

n = periodo de análisis

La tasa de crecimiento poblacional calculada para el año 1960-1970

i60−70=10√ 2368512855

−1 = 0.0630 esto es 6.30%

i70−80 =10√ 5670923685

−1 = 0.0912 esto es el 9.12%

i80−90=10√ 9415856709

−1= 0.520 esto es el 5.20 %

i90−95=5√ 11515894158

−1 = 0.0410 esto es el 4.10%

i95−2000=5√ 121602115158

−1 = 0.0109 esto es el 1.09%

i2000−2005=5√ 136825121602

−1 = 0.0238 esto es el 2.38%

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Promedio= 4.69%

La tasa promedio anual será:

ianual=6.30+9.12+5.20+4.10+1.90+2.38

6=4.70%

Con estas tasas se obtiene la población proyecto para 2020

F=P(1+i)n

F = Población futura

P = población presente

i = Tasa de crecimiento poblacional

N =Periodo de análisis

F =?

P = 136825

i = 4.698%

n = 15

F=136825(1+0.0469)15=272109.343

El cálculo detallado de la población de proyecto se muestra en la tabla No. 1

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AÑO PERIODO POBLACION

2005 0 1368252006 1 143242.09252007 2 149960.14662008 3 156993.27752009 4 164356.26222010 5 172064.57092011 6 180134.39932012 7 188582.70262013 8 197427.23142014 9 206686.56852015 10 216380.16862016 11 226528.39852017 12 237152.58042018 13 248275.03642019 14 259919.13562020 15 272109.3431

Tabla No.1 población del proyecto

4.- CAUDALES DEL PROYECTO

L a cuantificación del gasto medio (Qmed), gasto máximo diario (QMD), y gasto máximo horario (QMH) se realizo en función de la población con un periodo de diseño de 15 años y considerando una dotación de 250 l/hab/día de acuerdo al libros Datos Básicos de CONAGUA.

Dotación = 250 l/hab/día

Pf = 272109.43

Volumen a suministrar = 272109.43∗250

1000=68027.3575m ³

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4.1.-Gasto de diseño

4.1.1.-Gasto medio diario

Qmed=¿ D x P

86400(Formula obtenidadel libro datosbasicoCONAGUA)¿

D = 250 l/hab/día

p =272109.343

84600 = segundos/día

Qmed=250x 272109.343

86400= 787.353

4.1.2.-Gasto máximo diario

Obteniendo el gasto medio diario se calculo el gasto máximo diario, se consideró como el gasto medio diario multiplicado por el coeficiente de variación diaria, estos es:

QMD=¿Qmed x1.4 ¿

QMD=¿787.353 x 1.4=1102.294 ¿

4.1.3.-Gasto máximo horario

Obteniendo el gasto máximo diario se calculo el gasto máximo horario multiplicando el gasto máximo diario por 1.55

QMH=QMD x 1.55

QMH=1102.294 x 1.55=1708.555

Los coeficientes C.V.D igual a 1.4 y el coeficiente C.V.H se obtuvieron del libro datos básicos CONAGUA (ver anexo 1 tabla 1.1)

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El cálculo detallado de los caudales del proyecto se muestra en la tabla No.2

Q med QMD QMH

395.905671 554.26794 859.115307414.473647 580.263106 899.407815433.912461 607.477446 941.590041454.262956 635.968138 985.750614475.567888 665.795044 1031.98232497.872022 697.020831 1080.38229

521.22222 729.711108 1131.05222545.667542 763.934559 1184.09857

571.25935 799.76309 1239.63279598.051414 837.271979 1297.77157626.100025 876.540035 1358.63705655.464116 917.649762 1422.35713686.205383 960.687536 1489.06568718.388416 1005.74378 1558.90286752.080832 1052.91317 1632.01541787.353423 1102.29479 1708.55693

Tabla No.2 caudales de proyecto

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5.-DATOS DEL PROYECTO

Aplicando lo analizado en los incisos anteriores, se define los siguientes datos del proyecto para el diseño de la línea de conducción ver tabla No. 3

DATOS DEL PROYECTOPOBLACION DEL PROYECTO 272109.343

DOTACION 250GASTO MEDIO 757.353

GASTO MAXIMO DIARIO 1102.294GASTO MAXIMO HORARIO 1708.555

FUENTE DE ABASTECIMIENTO AGUA SUBTERRANEATIPO DE CAPTACION POZOS PROFUNDOS DE PROYECTO

DISTRIBUCION DE BOMBEO A TANQUE DE REGULARIZACION Y POR GRAVEDAD A RED

Tabla No. 3 Datos del proyecto

La línea de conducción se diseñara con gasto máximo diaria basándonos en el libro datos básicos (CONAGUA), (ver anexo tabla No. 2.2)

6.- CALCULO DEL DIAMETRO MÁS ECONOMICO (CONDUCCION POR BOMBEO)

Una vez definido el caudal de diseño, el siguiente aspecto a determinar en el proyecto, es la determinación del diámetro. Conforme el diámetro seleccionado sea menor, disminuye el costo de la tubería y su colocación, pero se incrementan las pérdidas de carga y con ello el costo del bombeo, al consumir bombas con mayores potencias y consumos de energía.

Para esto tenemos los siguientes datos:

Elevación de descarga = 891.5 m

Elevación de succión =824 m

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Carga estática = 67.5 m

Esta carga implica un presión de 6.7 kg/cm2

QMD=1102.294LPS=1.102

m3

seg.

Proponiendo una velocidad en la tubería de 1.2 m/s para el cálculo del diámetro se tiene:

Las velocidades máximas para los diferentes tipos de tuberías en base al libro datos básicos CONAGUA (ver anexo 1 tabla 3.3)

Q=V A A=¿VQ=1.102

1.2=0.918m ¿

D = 0.918 m 36.141 pulg

Esto es un diámetro teórico, el diámetro comercial más aproximado es; Dc = 1070 mm (42 pulgadas).

Calculando la velocidad con este diámetro:

V=¿AQ= 1.1020.7853 x (1.07) ²

=1.225m /s ¿

Es decir que el área es igual: A=п x d ²4

=пx 1.07²4

=0.899m ²

Para el cálculo de las perdidas mayores se emplea la ecuación

hf =KLQ ² , donde K=10.3n ³D16 /3

La longitud L = 3712 m

Q² = (1.102)² = 1.214

La tubería que utilizáremos es de asbesto – cemento, el coeficiente de fricción de Manning correspondiente es n = 0.010, así:

El coeficiente de fricción de Manning se obtuvo del libro datos básicos CONAGUA (ver anexo1 tabla 4.4)

Calculando pérdidas:

K =10.3(0.010) ²1.07(16/3) =0.00071

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hf =0.00071(3712)(1.102 )2

hf =3.20m

La carga dinámica total, considerando pérdidas secundarias (5%hf), será:

H = Carga Estática + Perdidas mayores + Perdidas secundarias

H = 67.5 + 3.20 +0.16 = 70.86m

La potencia del equipo de bombeo que debe ser suministrada es:

P= γ QH76η

conQ=m ³ /s

Y si el gasto se expresa en LPS, entonces P es:

P = QH76 η

Usando esta fórmula obtenemos:

QH=1102.294 (70.86 )=78108.552

η = 80%

76 η = 76(0.80) =60.8

P = 78108.55260.8

= 1284.68 HP

Potencia del motor: Pm = 1.2 P

Pm = 1.2 (1471.521) = 1765.825 HP

Una vez determinado el diámetro se realizo un análisis económico con tres diámetros diferentes. Y Este análisis incluye costo total de conducción y de bombeo

En la (tabla 3) se muestra el resumen del cálculo del costo total de conducción:

TUBERIA

COSTO TOTAL DE LA CONDUCCION

MATERIAL DIAMETRO ASBESTO-CEMENTO 910 mm (36") 4487127.455 1070 mm (42") 5886308.454 1220 mm (48") 5108600.653

Tabla 3 costo total de conducción

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Como se observa el diámetro más económico es el de 910 mm pero esto representaría mayores pérdidas y por la tanto el costo de la bombeo, al requerir bombas con mayor potencia.

En el anexo 2 se incluyen las tablas del cálculo del diámetro más económico y el costo total de la conducción esto es con una proyección a 15 años, así como las tablas utilizadas en los cálculos anteriores.

En el anexo 3 se incluyen los planos de conducción por bombeo (sección tipo de la zanja y perfil del terreno con todas sus especificaciones.

7.-CONDUCCION POR GRAVEDAD

QMD=1102.294 LPS

QMD=1.102m3/seg

En el punto 22 se considero una presion minima de 3 kg/cm²para proyectos posteriores.

Prequerida = 3 kg/cm² = 30 m

hs = 0.10 hf

H=76.15−20.67=55.48mts

Carga total en el punto 22

CDT=H−Preq .=55.48−30=25.48mts

Esta es la carga que se tiene para absorver las perdidas mayores y menores, esto es:

CTT=ht+hs

hs=0,1hf

EDT=hf+0.1hf

SUSTITUYENDO

25.48m=1.1hf

hf =25.48 /1.1=23.163 mts

De la formula de Manning

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h f=10.3n2Q2L

D 16/3

La tuberia sera de asbesto cemento por lo tanto η = 0.010 el valor de η en base al libro datos basicos de la CONAGUA( ver anexo 1 tabla 4.4)

Despejamos “D”

D=( 10.3n2Q2 Lhf

)16/3

D=¿^3/16

D=0.640mts (diametro teorico)

El diametro comercial mas aproximado es de 750 mm en base al libro de la UNAM de Enrique Cesar Valdez, (ver anexo 1 tabla 5.5)

Dcomercial=750mm=0 ,75m = 30”

REVISANDO PERDIDAS

h f=10.3n2Q2L

D 16/3

h f=10,3¿

h f=9.949mts

REVISANDO VELOCIDADES

V=QA

V= 1,1020,785¿¿

V= 2.495 m/s

0,3m/s V min<3,899m /s<5m /sV max (La velociad es aceptable)

La carga de velocidad es :

hv=V ²2 g

=(2.495) ²2(9.81)

=0.3172m

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Obteniendo caraga disponible:

Cota inicial: 76.15

hf = 9.494

hs = 0.949

hv = 0.3172

carga total disponible = 76.15 - 33.50 - 3.35 - 0.774 = 65.389 m

carga disponible = 65.389 - 20.67 = 44.719 m

Con base a este calculo se determino que para una carga de trabajo de 44.719 m (4.47 kg/cm²) esta carga es menor que 5 (5 kg/cm²)y le corresponde una tuberia clase A – 5, en base al libro de la UNAM de Enrique Cesar Valdez, (ver anexo 1 tabla 5.5)

Se observa en el plano (ver anexo 3) que se requiere colocar 2 VAEAS (valvulas de admision y expulsion de aire).

8.- CALCULO DE VAEAS (VALVULAS DE ADMISION Y EXPULSION DE AIRE)

Las valvulas de admision y expulsion de aire estan provistas de un flotador interno y un orificio de venteo del mismo diametro que el de su entrada para expulsar y admitir las cantidades suficientes de aire.

CALCULOS DE VAEAS

0,08665√PD5

PECAS = Pies cubicos de aire por segundo

P = Pendiente (metros de altura entre metros de longitud)

D = Diametro de tuberias en pulgadas

Con los sigiuentes dtos se obtiene el diametro de VAEAS

P=55.481715

=0.03

D=30 Pulg

PCAS=0,08665√0,03 x305 = 73.98 = 74

Con el resultado, en la grafica de VAMEX (ver anexo 1, grafica 1), se eligio el diametro de la valvula que es de 8”.

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En el anexo 3 se incluyen los planos de conducción por gravedad (sección tipo de la zanja y perfil del terreno con todas sus especificaciones.

Los volumenes de obra se mustran en el anexo 2.

ANEXO 1 Tabla No. 1.1 Coeficiente de variacion diaria y horaria Tabla No. 2.2 Gasto de diseño para estructuras de agua

potable Tabla No.3.3 velocidades maximas y minimas permisibles en

tuberias Tabla No. 4.4 coeficiente de fricción (n) para usarse en la

ecuación de Manning Tabla 5.5 Tubería de fibro – cemento dimensiones generales

y pesos Grafica No. 1 Diámetro de las válvulas de admisión y

expulsión de aire de acuerdo a VAMEX Tabla 6.6 Dimensiones de zanjas y plantillas para tuberías de

agua potable y alcantarillado

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ANEXO 1

Tabla No. 1.1 Coeficiente de variacion diaria y horaria( Libro datos basicos CONAGUA)

COEFICIENTE DE VARIACION DIARIA Y HORARIACONCEPTO VALORCoeficiente de variación diaria (CVd) 1.40Coeficiente de variación horaria (CVh) 1.55

Tabla No. 2.2 Gasto de diseño para estructuras de agua potable (Libro datos basicos CONAGUA)

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GASTO DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS DE AGUA POTABLETIPO DE ESTRUCTURA DISEÑO CON QMD DISÑEO QMH

Fuentes de abastecimiento X Obras de captación X

Línea de conducción antes del tanque de regularización

X

Tanque de regularización X Línea de alimentación de la red XRed de distribución X


Tabla No.3.3 velocidades maximas y minimas permisibles en tuberias ( Libro datos basico CONAGUA)

VELOCIDADES MAXIMAS Y MINIMAS PERMISIBLES EN TUBERIAS

MATERIAL DE LA TUBERIAVELOCIDAD MAXIMA (m/s)

VELOCIDAD MINIMA

(m/s)Concreto simple hasta 45 cm de diámetro 3.00 0.30

concreto reforzado de 60 cm de diámetro o mayores 3.50 0.30concretos pres forzados 5.00 0.30Acero con revestimiento 5.00 0.30Acero sin revestimiento 5.00 0.30Acero galvanizado 5.00 0.30Asbesto cemento 5.00 0.30Fierro fundido 5.00 0.30Hierro dúctil 5.00 0.30Polietileno de alta densidad 5.00 0.30PVC (poli cloruro de vinilo) 5.00 0.30

Tabla No. 4.4 coeficiente de fricción (n) para usarse en la ecuación de Manning (Libro datos básicos CONGUA)

COEFICIENTE DE FRICCION (n) PARA USARSE EN LA ECUACION DE MANNINGPVC y polietileno de alta densidad 0.009Asbesto Cemento 0.010Fierro fundido nuevo 0.013Fierro fundido usado 0.017Concreto liso 0.012Concreto áspero 0.016concreto Pres forzado 0.012Concreto con buen acabado 0.014Mampostería con mortero de cemento 0.020

Acero soldado con revestimiento interior a base de epoxi0.011

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Acero sin revestimiento 0.014Acero galvanizado nuevo o usado 0.014

Tabla 5.5 Tubería de fibro – cemento dimensiones generales y pesos (Libro Abastecimiento de Agua Potable facultad de ingeniería de la UNAM Enrique Cesar Valdez)

Grafica No. 1 Diámetro de las válvulas de admisión y expulsión de aire de acuerdo a VAMEX

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Tabla 6.6 Dimensiones de zanjas y plantillas para tuberías de agua potable y alcantarillado (Libro datos básicos CONAGUA)

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ANEXO 2

VOLUMENES DE OBRA

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ANEXO 3 PLANOS DEL PROYECTO

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INTRODUCCION

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