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PRINCIPIOS BASICOS DE DISEÑO DE SISTEMAS DE
AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO
Todo lo que hagas en la vida, es insignificante, pero es importante que lo hagas, porque nadie más lo hará
Mohandas Gandhi
PROLOGO
Este manual se ha elaborado con la finalidad de que sea una herramienta útil de
diseño, para profesionales de la ingeniería civil que requieren especialización en
ingeniería sanitaria en la preparación de proyectos de agua potable y alcantarillado.
Los temas contenidos en este temario son congruentes con la propuesta planteada,
adaptando criterios metodológicos basados en experiencias de saneamiento.
La temática que se afronta, está acorde a las normas de diseño de abastecimientos de
agua potable y eliminación de aguas residuales y los lineamientos exigidos por laSubsecretaría de Agua Potable y Saneamiento del SENAGUA, con vigencia a nivel
nacional para todos los proyectos de abastecimiento de agua potable y alcantarillados,
que son construidos con el objeto de brindar un servicio adecuado en cantidad y
calidad excelente, guardando condiciones técnicas económicas y ambientales.
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El Ecuador siendo el País más rico en recursos hídricos de Latino América, es el
menos atendido con servicios de agua potable y evacuación de aguas residuales de
tipo doméstico, esto se debe a que este sector está manejado por los Gobiernos
Autónomos Descentralizados GADs, que no han sabido cumplir con el objetivoprincipal de operar, administrar, mantener sistemas de agua potable y alcantarillado
de una manera adecuada, ya que no cuentan con profesionales que tengan perfil ético
en la ingeniería sanitaria, convirtiéndose estas entidades en bienes de lucro, que no
cumplen con la entrega de agua apta para el consumo humano y descargan aguas
servidas directamente a los cursos receptores, provocando contaminantes
ambientales irreversibles. Con la eliminación del ex IEOS se crearon programas que
iban a atender las necesidades básicas, como el PFM (Programa de Fortalecimiento
Municipal), PDM (Programa de Desarrollo Municipal) del Banco del Estado,
PRAGUAS (Programa de Agua y Saneamiento), que desvirtuaron totalmente la parte
técnica, dando mayor importancia al área financiera y en el otro caso al sector social,
entregando a la comunidad la decisión de escoger el tipo de sistema para su servicio.
A estos errores se suman la creación exagerada de Entidades Públicas que se han
dedicado al sector agua potable y saneamiento, violando competencias que no les
corresponde, implantando sistemas ineficientes, con incremento de personalinapropiado, explotando caudales insuficientes, costos operativos elevados,
estableciendo cada vez una gran demanda del producto. La falta de criterio único de
diseño de los sistemas de agua potable y alcantarillado, ha sido consecuencia para la
paralización del desarrollo del País.
Historia del agua
Antiguamente las tribus nómadas se asentaban a orillas de los ríos y lagos, con el
propósito de tener un abastecimiento de agua permanente, y la gran ventaja del uso
de este elemento, es que aún no habían sido contaminadas, pero por la ambición de
conquistas territoriales, obligó a estos grupos orillados a desplazarse hacia el interior,
los mismos que se vieron forzados a instaurar sus campamentos lejos de las fuentes de
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agua y buscar nuevas alternativas de suministro, una de ellas era la recolección de la
aguas lluvias en cisternas excavadas en forma de pera, con una tapa de piedra.
A raíz que la población iba creciendo de una manera vertiginosa, se iba percibiendouna mayor demanda de consumo, la primera ingeniería hidráulica desarrollada,
consistía en la captación de un caudal de agua desde los ríos o lagos, conducirla a
través de canales naturales, hasta llegar a los depósitos públicos; estos depósitos tenía
la misión de almacenar agua suficiente para atender a toda la comunidad inclusive en
épocas de sequía y se distribuía a las viviendas mediante ramales. Otro de los métodos
utilizados para su abastecimiento, era el sistema de acarreo, que consistía en
acaudalar el agua en cántaros y transportarla al hombro o en acémilas, únicamente los
palacios mantenían servicio intra-domiciliario, es decir que se construían canales en
el subsuelo que cruzaban por debajo del palacio, hasta llegar a tanques de
almacenamiento y/o piscinas.
El imperio Romano era el más desarrollado en su época, ya que contaba con servicios
de agua, que consistía en la repartición de este elemento de una manera
reglamentada. El agua era almacenada en unos depósitos ubicados en sectores altos a
la población, luego se repartía equitativamente mediante ramales de distribución,co0mpuestas con tuberías de bronce y plomo de diámetros variables, estos ramales
eran los encargados de llevar el liquido hasta las viviendas, el cobro por el servicio
dependía de la sección del tubo, pero entre las obras más destacadas de los romanos
en sus provincias, fue el famoso acueducto de Segovia, construido por Trajano en el
año 100 después de Jesucristo, que alcanzó una altura de 33 metros en la parte más
baja, y sus 177 arcos desarrollados, con una extensión de 1900 metros.
Otros acueductos importantes son: el de Mérida en España, con una elevación de 24
metros y el de Tarragona que alcanzó los 30 metros. En Francia es célebre el
acueducto romano de Nimes, cuya construcción se lo atribuye a Agripa, general de
Augusto y data del primer siglo de la era cristiana. Existen también restos del
acueducto de los romanos en las cercanías de París y Lyón.
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En nuestro País también se han desarrollado obras de infraestructura sanitaria de
gran envergadura, construidas por el ex Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias
(IEOS) que todavía perduran, pudiendo destacar los sistema de abastecimiento deagua potable de todas las capitales de provincias, entre las que cuenta la de San Mateo
en Esmeraldas, Santa Rosa, Zaruma y Regional El Oro en la provincia del mismo
nombre. Esmeraldas, antes de puesta en marcha el sistema, la provincia estaba
considerada como la ciudad más pobre del País y sin desarrollo, una vez que se puso
en marcha el nuevo sistema regional de agua potable, en el año 1994, esta provincia
poco a poco tubo un despunte económico y hoy por hoy es una de las provincias
turísticas con mayor progreso en el País, por lo que se debe que al buen servicio de
agua potable y saneamiento, el sector ha experimentado una calidad de vida con un
cobertura del 70 al 80 %, y con un potencial económico que se ha destacado del
turismo.
Lamentablemente a raíz de la desaparición de esta Entidad (IEOS) en el año 1992, el
nivel de cobertura de abastecimiento de agua potable y saneamiento ha bajado
considerablemente en el País, ubicándose entre los últimos de latino América.
Quito, a más de ser Luz de América, era una ciudad considerada como la más
desarrollada del tiempo de la colonia, pese a ser urbe irregular llena de quebradas, se
destacó por su gran conocimiento de la ingeniería hidráulica, tenía su sistema de de
distribución de agua única en Sudamérica, el sistema de abastecimiento, consistía en
captar el caudal desde las estribaciones del volcán Pichincha, conducido mediante
conductos construidos con ladrillo y mortero de cal (desconocido para los españoles),
hasta llegar a las piletas ubicadas en las plazas de San Francisco, La Merced y la Plaza
Grande, este elemento era conducido hasta las viviendas a través de un sistema de
acarreo, posteriormente se construyó la pileta de Santo Domingo y san Blas. La pileta
de Santo Domingo se construyo para dar servicio al barrio la Loma Grande (más
conocido como la Mama Cuchara), ya que este sector se afincaron los españoles, pero
este servicio tenía un costo, con el cobro únicamente a los indígenas y mestizos.
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El agua es un elemento que no se reproduce, se regenera, sin embargo no se le ha
dado la importancia que se merece y cada vez más se observa que nuestro planeta
tiene un crecimiento poblacional vertiginoso, que requiere de mayor cantidad de
sistemas de potable y manejo de descargas de aguas servidas, la mala práctica de losservicios de saneamiento, contribuyen a la contaminación de medio ambiente.
El agua ocupa las tres cuartas partes del planeta y apenas una cuarta de ésta es lo que
se llama tierra firme, sin embargo de la gran cantidad de este líquido, el 97 %
corresponde a las aguas salobres que permanecen en los océanos y mares, el 3 %
pertenece a agua dulce, distribuidos en un 2 % en glaciares y acuíferos subterráneos, y
únicamente el 1 % son aguas superficiales de ríos y lagos.
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Menos del 1 % del agua dulce se dispone como fuentes de abastecimiento y riego en el
planeta, en nuestro País apenas se utiliza el 0.01 % para el uso humano, lo que
significa que la mayor cantidad de los ríos ecuatorianos, están contaminados.
Evacuación de aguas Residuales
La evacuación de las aguas residuales, también se remontan a las civilizaciones más
antiguas, destacándose entre las más sobresalientes las descargas aplicadas por los
egipcios, ya que ellos poseían este sistema de recolección y transportación de residuos
líquidos de tipo doméstico, desde las ciudades principales hasta los terrenos de
cultivos, demostrando que eran poblaciones que tenían mucho interés en la higiene
pública, los encargados de realizar estas tareas eran los presos. Entre las ruinas de
Babilonia ya se encontraron vestigios de los conductos de las alcantarillas, que vertían
las aguas negras a través de ramales particulares hacia los esteros cercanos. En
Jerusalén existían las primeras plantas de tratamiento que consistían en descargar las
aguas servidas provenientes del templo, a través de conductos que se comunicaban
con un estanque implantado en el centro de la plaza, donde se producía la decantación
de sólidos y luego esas aguas semi tratadas eran comercializadas para riego y jardinería.
Fueron los romanos que a través de Tarquino el Viejo, se mando a construir la cloaca
más alta de 5 metros de alto por 4 metros de ancho y con una longitud de 738 metros,
que se fundamentaba en transportar las aguas servidas de la ciudad y descargar
directamente al río Tibet. A medida que la ciudad crecía se fueron alimentando otros
ramales de alcantarilla de menor diámetro, que recolectaban los aportes de las
viviendas, fue Agripa yerno de Augusto, quien encarga a una comisión especial la
limpieza de la cloaca y por este trabajo se implanta un nuevo impuesto.
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Los países conquistados por los romanos, tenían la misión de construir sistemas de
evacuación de las aguas servidas, que eran transportadas mediante conductos para ser
descargados hacia los ríos y con esta referencia algunos países siguieron este ejemplo
de higiene, destacándose entre las mejores alcantarillas las construidas por Alemania,Hamburgo y Altona, luego siguieron Fráncfort de Maín, Danzig y Berlín. Inglaterra
por ser un País con ríos de poco caudal y al ser vertidas las aguas crudas a estos
recursos, provocaba la contaminación ambiental, dictaminando una prohibición de
descargar aguas negras hacia estos recursos, exigiendo a que estos desechos líquidos
sean transportados hacia los terrenos de cultivo, para así aprovechar su valor
fertilizante.
Quito, era una ciudad que antes de la llegada de los Españoles, ya poseía su propio
sistema de evacuación de las aguas servidas, que consistía en un régimen de letrinas
asentadas a tras de la casa presidencial (Vicepresidencia de la República) lo que se lo
conocía como el edificio de los correos, ubicada en las calle Benalcázar entre la Chile y
Espejo, donde se construyeron unas casetas con bacinete denominados casilleros (por
esto el nombre de casilleros a los correos), con arrastre de agua, que eran conducidos
mediante cloacas de ladrillo y mortero de cal hasta las diferentes quebradas que
cruzaban la ciudad, para luego confluir hacia el Río Machángara.
Agua potable
El agua para consumo humano no debe contener microorganismos patógenos, ni
sustancias tóxicas o nocivas para la salud, la calidad del agua no debe deteriorarse ni
caer por debajo de los límites establecidos durante el periodo de tiempo para el cual se
diseño el sistema de abastecimiento; siendo responsabilidad de la entidad prestadora
del servicio público de acueducto, controlar la calidad del agua que llega a cada
vivienda, cumpla con los parámetros organolépticos, físicos, químicos y
microbiológicos, definidos con amplitud y precisión en forma de normas, como
función de muy diversos parámetros.
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Cuando hablamos de agua apta para el consumo humano, debemos tener muy claro
los conceptos de agua potable, agua segura, agua purificada y agua de bebida. Una
agua químicamente pura deberá reunir propiedades: físicas que deben estar
exentas de olor, color, deben tener un sabor agradable y para ser ingerida debemantenerse a una temperatura de 8 a 15 ° c, puesto que bajo ésta, produce un sabor
desagradable e irritación en la mucosa digestiva y superior a los 15 °c, se vuelve tibia y
nauseabunda; químicas que mantenga un pH estable, sin elementos tóxicos que
dañen al organismo y más bien deberán tener elementos que vayan en beneficio del
organismo; y bacteriológicas deben estar libres de microorganismos patógenos.
Además, este elemento está compuesto por el 88.89 partes de hidrógeno y 11.11 partes
de oxígeno (en peso), a presión normal hierve a 100 °c, con evaporaciones a
temperatura ambiente y se solidifica a 0°c, cristalizándose en formas hexagonal. El
exceso de sales hace que las aguas se las denomine como aguas duras, volviéndose
inadecuadas para el uso doméstico, no disuelve el jabón y no se cocinan bien las
legumbres.
Existen diferentes usos del agua, priorizando este elemento para el consumo
doméstico, específicamente en la bebida, como un producto que tiene la misión
principal de reparar las pérdidas líquidas de nuestro organismo, que se ven mermadas
por las actividades que se realiza diariamente, y actúa como disolvente en los procesos
digestivos y de absorción de los alimentos. Este dispositivo también desempeña un
papel importante en la higiene personal y pública, puesto que es un componente
indispensable para la alimentación y limpieza (baño, Lavado de ropa, vajilla, etc.)
SISTEMAS DE ALCANTARILLADO.
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El Tratamiento de aguas residuales cobró importancia progresivamente desde
principios de la década de 1970 como resultado de la preocupación general expresada
en todo el mundo, sobre el problema cada vez mayor de la contaminación humana del
medio ambiente, desde el aire a los ríos, lagos, océanos y aguas subterráneas, por losdesperdicios domésticos, industriales, municipales y agrícolas. Los métodos de
depuración de residuos se remontan a la antigüedad y se han encontrado
instalaciones de alcantarillado en lugares prehistóricos de Creta y en las antiguas
ciudades Asirias.
Las canalizaciones de desagüe construidas por los romanos todavía funcionan en
nuestros días, aunque su principal función era el drenaje, la costumbre romana de
arrojar los desperdicios a las calles significaba que junto con el agua de las
escorrentías viajaban grandes cantidades de materia orgánica. Hacia finales de la
edad media empezaron a usarse en Europa, excavaciones subterráneas privadas y más
tarde letrinas, cuando éstas estaban llenas el contenido de los pozos negros, se
empleaba como fertilizante en las granjas cercanas o eran vertidas en los cursos de
agua o en tierras no explotadas. Unos siglos después se recuperó la costumbre de
construir desagües, en su mayor parte en forma de canales al aire o zanjas en la calle,
al principio estuvo prohibido arrojar desperdicios en ellos, pero en el siglo XIX seaceptó que la salud pública podía salir beneficiada si se eliminaban los desechos
humanos a través de los desagües para conseguir su rápida desaparición. Un sistema
de este tipo fue desarrollado por Joseph Bazalgette entre 1859 y 1875 con el objeto de
desviar el agua de lluvia y las aguas residuales hacia la parte baja del Támesis, en
Londres.
Con la introducción del abastecimiento municipal de agua y la instalación de cañerías
en las casas llegaron los inodoros y los primeros sistemas sanitarios modernos, a
pesar de que existían reservas por el desperdicio de recursos que suponían, por los
riesgos para la salud que planteaban y por su elevado precio, fueron muchas las
ciudades que los construyeron.
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A comienzos del siglo XX, algunas ciudades e industrias empezaron a reconocer que el
vertido directo de desechos a los ríos provocaba problemas sanitarios, esto llevó a la
construcción de instalaciones de depuración, aproximadamente en aquellos mismos
años se introdujo la fosa séptica como mecanismo para el tratamiento de las aguasresiduales domésticas tanto en las áreas suburbanas como en las rurales, para el
tratamiento en instalaciones públicas se adoptó la técnica del filtro de goteo, durante
la segunda década del siglo el proceso del lodo activado, desarrollado en Gran
Bretaña, supuso una mejora significativa por lo que empezó a emplearse en muchas
localidades de ese país y de todo el mundo. Desde la década de 1970, se ha
generalizado en el mundo industrializado la cloración, un paso más significativo del
tratamiento químico.
Con el aparecimiento de localidades urbanas y asentamientos ilegales, ha provocado
el requerimiento de un mayor número de servicios básicos. En general este servicio se
inicia con un precario abastecimiento de agua potable que van satisfaciendo sus
necesidades en forma escalonada, de acuerdo a la disponibilidad de recursos que
posea la comunidad.
Como consecuencia de la falta de criterio técnico y la necesidad de poseer su vivienda,estas comunidades realizan la disposición final de las aguas servidas o aguas
residuales, directamente hacia los esteros más cercanos, provocando contaminación
ambiental, que requiere la intervención del ingeniero civil, para que prepare los
diseños definitivos de construcción de los sistema de alcantarillado sanitario, que
permita en forma adecuada eliminar las aguas negras que produce una población, a
las que deberán incluirse al comercio y a la industria.
Un sistema de alcantarillado estará integrado por todos o algunos de los siguientes
elementos: atarjeas (descargas domiciliarias), colectores, interceptores, emisores,
plantas de tratamiento, estaciones de bombeo, descarga final y obras
complementarias. El destino final de las aguas servidas previo a un tratamiento,
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podrán verterse al cuerpo receptor y que garantice su calidad hasta el reúso,
dependiendo de las condiciones particulares de la zona de estudio.
ETAPAS DEL PROYECTOPartiendo de una definición sencilla de lo que significa estudio y lo que es diseño se
podría decir que
Estudio: Es la planificación de un proyecto basado en unanálisis, diagnóstico y solución de un problemaDiseño: Es el trabajo grafico de un estudio planificado(planos)
Un sistema de agua potable o de alcantarillado merece un buen diseño, si no hay
estudios no hay proyecto. Un proyecto se compone de tres etapas: estudios-
diseños, construcción y operación–mantenimiento, la falla de una de estas
tres etapas produce la caída del proyecto; pero porque decimos que el estudio es la
parte fundamental del proyecto, porque dentro de ésta etapa se planifica todas lasetapas del proyecto, estableciendo las especificaciones técnicas de construcción, de
materiales, equipos, cronograma de actividades, curva de inversión y la cuadrilla
ideal, en esta etapa también se describe las actividades del manejo, puesta en marcha
del servicio y operatividad, que pueden ser diarios, semanales, mensuales
trimestrales, semestrales y anuales.
Un proyecto como ya lo dijimos abarca las tres etapas, en cambio un sistema
corresponde a la prestación del servicio, en otras palabras diríamos que un proyecto
va desde los diseños hasta la inauguración del servicio y el sistema será desde la
inauguración hasta la vida útil del sistema.
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Análisis del comportamiento hidráulico de un sistema
Sistema de agua potable: Conjunto de componentes construidos e instalados para
captar, transmitir, tratar, almacenar y distribuir agua a los usuarios. En su más
amplia acepción comprende también las cuencas y acuíferos.
Sistema de alcantarillado sanitario: Conjunto de componentes construidos e
instalados para recolectar, conducir, tratar y descargar las aguas residuales y
productos del tratamiento.
Un estudio a su vez comprende tres fases: estudios de pre factibilidad, estudios
de factibilidad y diseños definitivos.
Estudio de pre factibilidad.- Es la fase donde se determina la justificación del
nuevo proyecto, para lo cual es necesario conocer el comportamiento hidráulico del
sistema durante el período de diseño, a través de la identificación de fallas, que
pueden ser pueden ser causadas por el mal diseño o la mala operatividad y manejo
delo sistema. Para determinar las fallas ocasionadas en el funcionamiento de un
sistema de agua potable o alcantarillados, es necesario someter a un análisis de
comportamiento hidráulico.
Fallas de diseño y del sistema
Las fallas más frecuentes que se pueden localizar en los sistemas de agua potable y
alcantarillado, son en los rediseños por ser un tema que ha pasado a ser de segundo
plano, por la falta de un organismo de control y mal manejo del servicio, o debido a la
falta de capacidad operativa del sistema o mala interpretación del diseño, operadores
sin experiencia, organismos gerenciales regentados por personas ajenas al perfil
técnico requerido, inexistencia de organismos de control, a esto debemos agregar
injerencias políticas dentro de la parte técnica, las amenazas de fenómenos naturales
o provocados por la actividad humana, cuya ocurrencia es peligrosa para las personas,
propiedades, instalaciones y para el medio ambiente, para estas circunstancias
partiremos desde el análisis de comportamiento hidráulico del sistema existente, con
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parámetros de diseños reales y un estudio de evaluación técnica exhaustiva del
sistema existente, tema que ya fue desarrollado..
Un proyecto de estudios, jamás se diseña para la vida útil de suscomponentes. Un proyecto se diseña para la oferta y la demanda
Oferta y Demanda.- es la cantidad necesaria de agua para satisfacer lasnecesidades de una población en un tiempo predeterminado.
Gráfico de Oferta y Demanda (Gráfico No. 1)
qf tf
qo to
po pf
Partiendo del concepto de oferta y demanda se dice que es el caudal de agua potable
que se necesita (qo-qf) para satisfacer las necesidades de una población (po-pf), en untiempo predeterminado (to-tf), en cambio para un sistema de alcantarillado se dice
que es caudal de aguas domesticas (qo-qf) que aporta una población (po-pf), en un
tiempo predeterminado (to-tf).
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Si el comportamiento hidráulico a cumplido con todas las condiciones de diseño, es
decir que no ha sufrido variaciones de proyección, podemos decir que el sistema ha
sido bien diseñado y se ha mantenido un programa adecuado de operación y manejo,
en este caso si se ha cumplido con el período der diseño preestablecido, lo que nosqueda es proceder a rediseñar el sistema para un nuevo período.
Fallas de diseño.- Cuando la curva de comportamiento hidráulico sufre variaciones
como se muestra en el gráfico No. 2, donde el caudal y el tiempo se mantiene estable,
más no así la población (proyección qo-qx o qo-qy), se dice que el sistema ha tenido
fallas de diseño
Gráfico No. 2
qf qx qy tf
q2 t2
q1 t1qo to
p1 p2
po pf
Fallas del sistema.- En cambio cuando la curva de comportamiento hidráulico
sufre déficit de caudales como se muestra en el gráfico No. 3, donde el tiempo y la
población se mantienen estables, mas no así la producción del caudal que no cumple
con satisfacer las necesidades de la población de diseño, como tampoco el tiempo
preestablecido, (qf-p1-t1), decimos que existen fallas del sistema.
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Gráfico No. 3
qf tf
qf t1
qo to
po p1 pf
Cuando se localizan fallas técnicas, se requiere de una evaluación técnica de todo el
sistema, con la aplicación de estudios manométricos, pito métricos y de
geofonamiento.
Estudios Manométricos.- consiste en determinar las presiones dinámicas
representadas mediante curvas de presión, que permite tener una visión clara de la
altura hasta donde puede elevarse el fluido. Para la elaboración de estos trabajos, es
necesario obtener las presiones de trabajo del proyecto y cotejarlas con las presiones
de trabajo del sistema, como se muestra en el gráfico No. 4.
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Gráfico No. 4
Río Captación Tratamiento y reserva
Red distribución
Población
Curva de presión del proyecto
Curva de presión del sistema
Como se puede apreciar en el gráfico, las líneas rojas que representan las curvas de
presión del sistema, tienen valores más bajos que las curvas de presión proyectada,
representadas por las líneas azules, entonces podemos decir que en los tramos de
línea a línea existen pérdidas, por lo tanto las presiones del sistema no alcanzan las
alturas proyectadas.
Para el cálculo hidráulico de las redes de distribución, se considera los caudales
máximos diarios al final de período de diseño y se comprueba presiones para el caudal
máximo horario al final del período.
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En el análisis de la oferta y la demanda se establecerán las variaciones de caudales a
ser distribuidos anualmente que se irán incrementando de acuerdo a la demanda, por
ningún motivo se repartirán caudales superiores a lo establecidos, en el cuadro de
variaciones de consumo el caudal máximo diario será distribuido en el último año,programado en los cálculos para el horizonte de diseño. Este criterio deberá
mantenerse durante toda la proyección del proyecto, sumado a esto, las condiciones
de mantener presiones dinámicas en las redes de distribución, no mayores a 50
metros de columna de agua ni menores a 10 metros de columna de agua. Si logramos
mantener este equilibrio, las perdidas serían iguales a cero.
Estudios pito métricos.- Esta relacionado a las fugas de agua que pretende obtener
nociones hidráulicas generales del sistema en servicio, identificando las pérdidas
producidas por varios factores, entre las que cuenta las pérdidas físicas y las pérdidas
comerciales, producidas por las deficiencias institucionales, personal técnico con poca
capacidad para operar el sistema, falta de planificación, falta de recursos económicos,
altos porcentajes de agua no contabilizada.
Geofonamiento. – El geófono se usa para la pre-localización y localización de las
pérdidas de agua, este equipo está formado por un micrófono que capta y recoge elrumor de la fuga, este rumor se filtra y se transmite como una señal acústica mediante
un micro amperímetro para ser visualizado a través de un display digital, el cual
representa el nivel del ruido medido a través de un amplificador para que se pueda
escuchar con auriculares, el micrófono esta puesto en dos tipos de sondas: sonda de
campana y sonda de bastón. Existe otro aparato denominado. FONOMETRO, que
suelen ser instrumentos portátiles manejables con una sola mano, esta clase de
instrumentos están diseñados especialmente para la pre-localización, tanto en
exteriores como en interiores, permiten obtener contrastes de los rumores tomando
contacto directo con los accesorios de las redes y el uso de la tecnología avanzada
garantiza un método seguro y preciso para la localización de perdidas en redes agua
potable o de alcantarillado.
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En la norma de diseño en el numeral 4.2.3 de caudales de diseño y presiones,
establece que la comprobación de presiones, estará representada por el caudal
máximo diario más incendios al final del período, con el caudal máximo horario al
final del período, por lo tanto la única manera de poder comprobar esta disposiciónserá, con la presentación de las curvas de presión.
Medidas de control
Estos objetivos se logran mediante
Identificación y combate de los factores causantes del agua no contabilizada
Provisión de equipos detectores y localizadores de fugas, con personal
capacitado en el manejo de estos aparatos.
Mejorar el procedimiento del área comercial.
Implementación de campañas audiovisuales, con las mejoras del servicio
Levantamiento de catastros de las redes de distribución con todos sus datos
hidráulicos y de identificación
Levantamiento de un catastro de usuarios en base al nivel de consumo
Registro de consumo.
Programa de control de pérdidas
CONTROL DE PERDIDAS Y FUGAS
La clave para que un proyecto pueda mantenerse con pérdidas y fugas con valorescero, es que la distribución de caudales sea acorde a la proyección de la oferta y lademanda, manteniendo los caudales proyectados para cada año; es decir que elcaudal requerido para el primer año, sea el mismo que debe ser entregado, si se da elcaso que en un sector existe déficit de agua, se procede a la revisión de la curva decomportamiento hidráulico verificando si la población está acorde con el tiempoprevisto y el caudal entregado no coincide con el caudal de diseño, entonces existe laleve sospecha de que hay fugas, para corregir este defecto debemos comprobarpresiones de diseño y del sistema, si no concuerdan se harán las reparacionesrespectivas. El caudal de diseño está programado para un tiempo y población al finaldel período de diseño, si es entregado en el primer año, se producen sobrepresionesque llegan a fallar las redes.
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Dentro del enfoque sistémico, se considera la participación técnica institucional de las
empresas y más organismos relacionados al abastecimiento de agua y alcantarillado,
en forma integral y armónica, se han considerado tres sistemas organizacionales:
1. Sistema operacional
2. Sistema comercial
3. Sistema administrativo y de apoyo
Sistema Operacional
Pitometría
Macro medición
Catastro de tuberías y accesorios del sistema de abastecimiento de agua
Control de fugas
Mejoramiento de las conexiones prediales
Control de operación del sistema de abastecimiento de agua
Mantenimiento electromecánico e instrumentación
Mantenimiento de redes de distribución
Revisión de criterios de proyecto y construcción
Sistema comercial
Comercialización de los servicios
Catastro de consumidores
Medición de los consumos
Facturación y cobranza
Sistema administrativo y de apoyo
Calidad de materiales y equipo
Desarrollo de recursos humanos
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Por lo tanto el programa de control de pérdidas considera aspectos parciales de los
sistemas organizacionales, sin embargo, tales aspectos son comprensibles e
identificables en los niveles gerenciales de las instituciones como grandes
responsables por la atención inadecuada a la población y los altos costos deproducción y distribución de agua potable.
Las pérdidas, básicamente representan la porción del agua producida que no
sensibilizó a los instrumentos instalados en los puntos de entrega al usuario o que no
se consideró en la estimación de consumos de usuarios no controlados para efectos de
facturación. Se puede formular a través de:
Volumen de producción=Volumen de distribución
VP = VD
VD = (VM + VE)
SI: VP>VD
P = 0 x 100
P = pérdidas (%)
VP = volumen de agua producida (m3).
VM volumen de agua micro medido (m3)
VE = volumen de agua estimado en puntos de entrega al usuario, no controlados (m3)
Se pueden desglosar las pérdidas en tres grandes componentes: Pérdidas físicas,
errores de medición y usos de agua no facturables
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Pérdida Físicas.- representada por el escape de agua que ocurre en los dispositivos de
rebosamiento de tanques o en tuberías y demás órganos del sistema de distribución.
Errores de medición.- son los errores provocados por la imprecisión de los equipos demedición de caudal de los sistemas de micro y macro medición.
Usos de agua no facturables.- son los volúmenes de agua que, a pesar de ser utilizados
legítimamente, no revierten en ingreso financiero a la institución.
Las pérdidas reflejan no solamente un estado físico del sistema, sino que son
indicadoras del estado de gestión empresarial de la institución, que demuestran su
eficiencia y eficacia en relación a los objetivos de su estado operacional.
El objeto básico de un programa de control de pérdidas, es establecer las acciones
necesarias para el diagnóstico de las mismas, formular e implementar soluciones que
generen su reducción, hasta alcanzar valores, si no son cero, por lo menos los
mínimos admisibles. La reducción de pérdidas es el resultado final de un proceso de
racionalización de los servicios, mejoramiento de la gestión empresarial,
concientización de los usuarios y comprensión del problema por parte de lasautoridades vinculadas al sector.
Estudio de factibilidad o Viabilidad.- esta fase es la más importante de los
estudios, donde se procede el análisis de alternativas y selección de la más óptima.
Una vez seleccionada la mejor alternativa, procedemos al análisis bajo tres
condiciones esenciales de: viabilidad técnica, viabilidad económica y
viabilidad ambiental,
Un trabajo de consultoría es un trabajo de investigación que requiere la aplicación de
todos los conocimientos básicos del consultor, mientras que la norma de diseño es
una herramienta de trabajo o una guía para el consultor. En esta fase es donde se
desarrolla todas las posibles alternativas, tomando en consideración la población,
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áreas circundantes de las fuentes, si estas tienen vegetación podríamos hablar que el
agua puede contener color y si es lo contrario que la fuente sea despejada, podríamos
hablar que la corriente podría arrastrar sólidos, con alto porcentaje de turbidez. Para
el caso de un sistema de alcantarillado se hará un estudio calidad de agua del cuerporeceptor en el sitio mismo de la descarga y aguas abajo, para determinar la eficiencia y
recuperabilidad del recurso.
Selección de alternativas para sistemas de agua potable
Para la selección de alternativas en un sistema de agua potable, se tomará en cuenta el
tipo de captación, la misma que puede ser de vertiente, superficial o subterránea y/o
el mejoramiento del sistema existente, siendo la mejor opción las aguas de vertientes,
ya que no requieren estructuras grandes de captación, tratamientos convencionales,
pero estos tipos se encuentran muy alejados de la población, con una longitud de una
conducción muy prolongada. Estos sistemas son adecuados para poblaciones
pequeñas y caudales bajos.
En cambio una captación superficial requiere de una estructura compleja, con una
planta de tratamiento convencional, pero con la ventaja que la conducción es corta y
se pude aprovechar caudales grandes.
Cuando se refiere a captaciones aguas subterráneas, estamos hablando de un sistema
completamente complejo, ya que para su diseño, primero se necesita de un estudio de
prospección geofísica, luego la construcción de un pozo de prueba, estudios de
abatimiento y su extracción requiere de estaciones de bombeo, aunque existen aguas
de buena calidad y no requiere de grandes longitudes de conducción.
Para la selección de ampliar el sistema existe, hay que considerar el caudal requerido
y si este no afecta al flujo del río, a que debe mantenerse el caudal ambiental.
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Recopilación de la información existente.- se extraerá toda la información de estudios
realizados, ampliaciones, mejoramientos, rehabilitaciones, reparaciones,
modificaciones, rediseños y cambios de redes realizados al sistema existente, durante
todo el período de servicio.
Levantamiento topográfico.- Estos trabajos son sumamente importantes para los
estudios y diseños de los sistemas de agua potable o alcantarillados, mediante la
nivelación trigonométrica con lo que se obtiene las planimetrías de la población con
todo sus detalles y la nivelación geométrica para perfiles. Estos trabajos deberán estar
bien identificados, referenciados, estacados mojonados, en cada punto del polígono o
intersecciones de los puntos, a los mismos que se adjuntarán hojas de cálculos con
distancias horizontales, diferencias de nivel y coordenadas. No se podrá admitir la
nivelación geométrica con otro aparato que no sea el nivel de precisión.
Encuesta sanitaria.- de este trabajo se requiere para determinar las características
socio económicas de la población, a fin de poder brindar un servicio, acorde a sus
requerimientos, ya que de ahí partimos para la nueva proyección de demanda. El
encuestador entregará un mapa sectorizado donde se indique cada zona a ser incluida
dentro del proyecto, y en cada manzana deberá constar el número de habitantes conrelación al número de casas.
Estudios elementales de mecánica de suelos.- se realizará un estudio simple, que
contenga las parte elementales del proyecto como: clasificación SUCS, nivel freático,
determinación de la corrosividad del suelo, capacidad portante del suelo los sitios
donde se implantaran obras de arte, conclusiones y recomendaciones del tipo de
material a utilizarse.
Estudios hidrológicos.- La hidrología tiene un papel importante en la determinación
del uso de los recursos hídricos, específicamente en proyectos de ingeniería, que
tienen que ver con suministros de agua y disposición de aguas servidas, drenajes,
protección de la acción de los ríos y recreación. El objeto fundamental de la
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hidrología, es el análisis de caudales medios de las corrientes naturales en los tramos
de interés del proyecto, como son captaciones u obras de protección, en los cuales se
determinarán las curvas de duración de caudales diarios. Este análisis permite definir
la capacidad disponible de la fuente.
Caracterización de la calidad del agua.- El análisis de la calidad del agua tiene su
importancia dentro de los sistemas de agua potable y evacuación de aguas residuales
de tipo doméstico, que nos permite definir el tipo de plantas de tratamiento tenemos
que utilizar para clarificación de las aguas, este análisis está basado en los reportes de
las características físicas químicas y bacteriológicas.
Análisis de calidad del agua
ANALISIS FISICO QUIMICO DEL AGUA
CARACTERISITICA EXPRESADO
mg/l
SSAPyA
MIDUVI
OMS
Normas Europeas
OMS
Normas
Internacionales
CE
Comunidad
Europea
Color
Turbiedad
U. Pt-Co
U.N.T.
5 – 15
5 – 10
-------
-------
5 – 50
5 – 25
5 – 20
5 – 10
Alcalinidad Total
Alcalinidad. Bicarbonato
Alcalinidad. Carbonatos
Alcalinidad. Hidróxidos
Anhídrido Carb. Libre
CaCo3
CaCo3
CaCo3
CaCo3
CaCo3
---------
250
120
0
5
--------
-------
------- 30
Calcio
Cloruros
Dureza Total
Dureza Cálcica
Flúor
Fosfatos
Hierro Total
Magnesio
Manganeso
Nitrógeno Amoniacal Nitrógeno Nitrato
Nitrógeno Nitrito
Potasio
Sodio
Sólidos Totales
Sólidos disueltos
Sulfatos
Conductividad
Ca++
Cl
CaCo3
Caco3
F-
Po4
Fe+++
Mg++
Mn++
N-NH3+ N-No3
N – No2
K+
Na+
So4
75 – 200
250
150 – 500
150 – 500
*
0.30
0.30
50 – 150
0.10
0.305.00
0.10
10 – 50
10 – 115
500 – 1000
500 – 1000
250
1250
-----
200 – 600
100 – 500
---
0.10 – 0.30
---
0.05
250
75 – 200
200 – 600
100 – 500
0.10 – 1.00
75 – 200
75 – 200
0.05 – 0.50
200 – 400
100
5 – 200
350
0.30 – 2.00
0.10 – 0.30
100
0.02 – 0.05
0.10
10 – 12
20 – 100
5.0 – 250
400 – 1250
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CALIDAD DE AGUAS NEGRAS
PARAMETRO INTERVALO VALOR SUGERIDODBO5 días, 20ºc, g/(hab.día) (1)
Sólidos en suspensión, g/(hab.día)
NH3-N como N, g/(hab.día)
N Kjeldahl Totales, como N, g/(hab.día)
Coliformes Totales, #/(hab.día) (2)
Salmonella SP, #/(hab.día) (3)Nematodos Inst. #/(hab.día) (4)
36-78
60-115
7.4-11
9.3-13.7
2x10^8-2x10^11
50
90
8.4
12.0
2x10^11
10^8
4x10^11
1) Intervalo para datos con aguas grises y excretas
2) Asumiendo una contribución de materia fecal de 200 g/hab*día y un intervalo
de concentraciones entre 1E6 y 1E9.
3) Para una persona infectada y asumiendo una prevalencia de infección del 7%
una concentración de salmonellas de 1E6 por gramo de heces y un aporte
diario de material fecal de 150 gr/persona
4) Para una persona infectada y asumiendo una prevalencia de infección del
60%, para Ascaris Sp y Tríchuris Sp, un contenido de 1E4 y 20 organismos por
gramo de heces. Para los dos organismos indicados, incluye además una
prevalencia asumida del 40% para Anquilostoma. Un contenido de 800organismos por gramo de heces fecales, en las cifras anteriores se ha
considerado un aporte diario de materia fecal de 150 gr/persona.
Cabe indicar que los valores del cuadro, corresponden a descargas per cápita de
aguas negras (que contienen excretas y orina) y aguas grises (aguas domésticas que
no tienen excretas y orina), por esta razón, estos valores son más altos que los
presentados por los países desarrollados, de tal manera que resulta necesario medir
estos par
Estudio de mercado.- Consiste en realizar una recopilación de costos de materiales,
equipos y mano de obra del sector, de tal forma de poder obtener un presupuestoacorde las necesidades de la población:
a) Mano de obra disponible en la localidad y zonas aledañas
b) Salarios de capataces, obreros especializados y peones
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c) Material de construcción disponible: arena ripio, piedra, cemento, hierro, cal,
ladrillo, etc.
d) Facilidades para trabajos eléctricos y mecánicos, fundiciones, herrerías,
carpinterías etc. e) Posibilidades de arriendo o préstamo de equipos mecánicos.
DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO
Para la implantación de un servicio público de agua potable, se hace necesaria la
elaboración de un proyecto de estudios y diseños, con miras a la definición precisa de
las obras que se van a construir. Un sistema de abastecimiento público de agua, debe
reunir una serie de datos y elementos básicos que posibiliten un perfecto diagnóstico
de la localidad que va ser abastecida, partiendo de los trabajos de campo se
establecerán parámetros y criterios orientadores del proyecto en sus diversas fases.
La definición de las diferentes etapas del proyecto, se establecerán: niveles de servicio,
período de diseño, población a ser atendida, dotación diaria de agua per-cápita,
caudales de agua, coeficientes de variación de consumo, coeficiente de los días de
mayor consumo y coeficiente de las horas de mayor consumo, número de horas defuncionamiento de cada unidad del sistema; por lo general solamente sistemas de
pequeña capacidad dejan de funcionar durante las 24 horas del día.
Esas obras deberán tener capacidad no solamente para satisfacer las necesidades
actuales, sino también futuras de la comunidad. El período de atención de las obras
proyectadas también se conoce como horizonte de diseño.
Nivel de servicio
Depende de las características del usuario en función de la confiabilidad del sistema.
Período de diseño
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El período óptimo de diseño de una obra de ingeniería, es una función del factor de
economía de escala y de la tasa de actualización (costo de oportunidad del capital)
1. Para sistemas de agua potable el período de diseño va de acuerdo a la inversión
(factor-económico), a la que aplicamos la siguiente expresión.
2.6*(1-a)1.12 0.30*(1-a)*Xo0.85 Xo1 = +
r r 0.50
a= Factor de escala de economía para sistemas de redes de distribución (en que la
mayor parte de la inversión corresponde a compra de tubería) se considera un
valor de 0.50 a 0.60
r= Tasa de interés se toma por lo general de 6,0 a 8,0 %
Xo = Período transcurrido para evaluaciones o de la proyección de la demanda
(consumo del año base /promedio de incremento anual).
Xo1 = Período óptimo de diseño
Ejemplo
2.6*(1-0.55)1.12 0.30(1-0.55)*7.580.85 Xo1 = +
0.06 (0.06) 0.50
Xo1 = 20.812454
Período óptimo de diseño,adoptamos 21 años
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2. Dado que los componentes principales de un proyecto de alcantarillado,
presentan distintos factores de economía de escala, estos pueden considerarse
justificados, si se dimensiona para diferentes períodos intermedios de diseño,
además, se tendrá en cuenta las facilidades de ampliaciones y el impactoambiental en ejecución de la obra.
Como aproximación e independientemente de otros factores, para determinar el
período óptimo de diseño de un sistema de alcantarillado, se utilizará la siguiente
expresión.
2.6*(1-a)1.12
X = rdonde:
X = Período óptimo de diseño
a = factor de economía de escala
r = tasa de actualización
Se podrá utilizar los siguientes factores de economía de escala en función al caudal
Colectores = 0.43
Estaciones de Bombeo = 0.75
Platas de tratamiento = 0.88
Ejemplo
2.6*(1-0.43)1.12 X =
0.06
X = 23.0888305
Adoptamos un período óptimo de diseñode 23 años
Nunca podemos adoptar un valor de 22 años.
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Población de diseño
Los sistemas de agua potable y alcantarillado, partimos desde una demanda
insatisfecha de servicios básicos, a través de estudios demográficos, que consiste endeterminar la demanda de la población a ser servida, para lo cual tomaremos las
recomendaciones de las normas de diseño, que establece que una proyección
poblacional de deberá obtener con la aplicación de por lo menos tres métodos, los
mismos que pueden ser: geométrico, aritmético, exponencial, comparativo, mínimo
cuadrados, etc. Estas proyecciones deberán someterse a un análisis comparativo con
los datos obtenidos en las encuestas sanitarias o el recuento poblacional que realizará
el Consultor.
Este estudio tiene como objeto principal, determinar el comportamiento del
crecimiento de las poblaciones humanas y que trata de su dimensión, estructura,
evolución y características generales, consideradas desde un punto de vista
cuantitativo. Para la estimación de la población de diseño o población futura, se
dispone de varios procedimientos conocidos como “análisis poblacional”
Ahora bien, para la determinación de la población de diseño que se utiliza usualmenteen este campo de la ingeniería sanitaria son los siguientes:
1. Procedimiento general o método de componentes
2. Modelos matemáticos
3. Métodos gráficos
4. Métodos de correlación; y
5. Modelos de población
Procedimiento General.-
La expresión general es la siguiente:
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P(n+x) = Pn + (N+I) - (D+E)Siendo:
Pn = población base en el año n
P (n+x) = población futura en (n+x) años
N = nacimientos entre los años n y (n+x) años
I = inmigraciones entre los años n y (n+x) años
D = defunciones entre los años n y (n+x) años
E = emigraciones entre los años n y (n+x) años
Modelos matemáticos.-
Existe una serie de curvas matemáticas para estimar la población futura en base a
tendencias pasadas pero que es lógico que debido a su carácter no puedan tomar en
cuenta los cambios económicos y sociales. Según el comportamiento de la población,
el uso de estos métodos tiene algunas limitaciones que se describen a continuación:
a) Dificultad para establecer la función más adecuada que determine elcomportamiento real de la población, pues estará sujeta a la proyección que más se
asemeje a la curva natural determinada en los censos con datos reales.
b) No considera la estructura por edad de la población, según sexo, grupos de edad,
defunción, migración inmigración, natalidad, causas de mortandad y sus
interrelaciones.
c) Sólo sirven para proyectar a corto plazo.
Método Aritmético:
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Es una interpolación y extrapolación lineales: que supone la tasa de variación de la
población constante. El uso de éste método para proyectar la población asume que el
incremento poblacional con respecto al incremento de tiempo es constante. Desde el
punto de vista analítico, implica incrementos absolutos constantes lo quedemográficamente no se cumple, ya que por lo general las poblaciones no aumentan
numéricamente sus efectivos en la misma magnitud a lo largo del tiempo.
El método aritmético supone un crecimiento constante de la población, la cual
significa que la población aumenta o disminuye en el mismo número de personas y
responde a la forma de:
=Constante
La tasa de crecimiento observado en el período, puede medirse a partir de una tasa
promedio anual de crecimiento cuya aproximación aritmética sería la siguiente
Integrando se tiene
Pf Tf
dp. = Ka dt.
Pa Ta
Pf = Pa +(Tf*Ka)
donde:
Ka = dp/dt
(Pf-Pa)Ka =
(Tf-Ta)
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Ka = Tendencia aritmética para obtener la población futura
Pf = Población final en el horizonte de diseño programado
Pa = Población actual (recuento poblacional en sitio)
Tf = Año final del período de diseñoTa = Año de inicio
Se puede proceder a efectuar el ajuste de la recta que resulta con datos de censos, por
el método de los mínimos cuadrados.
Método Geométrico:
El uso de éste método, asume que el crecimiento poblacional es proporcional a la
población existente en el momento dado. La curva responde a la forma:
dp/dt = Kg.P
Pf tf
dP/P = dt
Pa ta
Pf = Pa +(1-Kg)n
donde:
Kg = Tendencia geométrica que se signa para obtener la población futura
Pf = Población final en el horizonte de diseño programado
Pa = Población actual (recuento poblacional en sitio)
Pf 1/nKg = -1
Pa
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n = Numero de años en el cual va a funcionar el proyecto. Tiempo en años, entre el
año de inicio No y el año final Nt.
Método Exponencial:
Un crecimiento de la población en forma exponencial, supone que la población crece a
una tasa constante logarítmica, lo que significa que aumenta proporcionalmente lo
mismo en cada período de tiempo, pero en número absoluto, las personas aumentan
en forma creciente.
Pf = Pa * e(Ke*Tf)
donde:
Ke = Tendencia exponencial para obtener la población futura
Pf = Población final en el horizonte de diseño programado
Pa = Población actual (recuento poblacional en sitio)
n = Numero de años en el cual va a funcionar el proyecto. Tiempo en años, entre el
año de inicio No y el año final Nt.e = 2.71828
Ke = lnPf – lnPaN
A medida que el tiempo se aleja, la curva exponencial supone un crecimiento más
rápido de la población, comparando con los otros modelos, pero a períodos cortos, la
geométrica puede superar a la exponencial en cuanto a la tasa de crecimiento, ésta va
incrementándose con el tiempo.
La diferencia conceptual entre estas dos expresiones es que en el primero
(crecimiento geométrico), el tiempo se toma como una variable discreta, mientras que
en el segundo (crecimiento exponencial) es una variable continua y en tal sentido la
tasa de crecimiento diferirá en los dos modelos; en el primero estaría midiendo la tasa
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de crecimiento entre puntos en el tiempo que estarían igualmente espaciados y en el
segundo medirá la tasa instantánea de crecimiento. Sin embargo en la medida en que
el período del tiempo considerado se haga más pequeño, las dos ecuaciones serán más
parecidas hasta el punto que la ecuación geométrica tiende a la exponencial, cuando elperíodo de tiempo tiende a cero.
Curva logística o de Verhust.
Se basa en el principio que expresa: “Los obstáculos que se oponen al crecimiento de
la población, aumenta en proporción directa al crecimiento acumulado de dicha
población”. Lo que significa que después de un período de crecimiento acelerado, en
la población se producirá un crecimiento más lento, para finalmente tender
asintóticamente hacia un límite.
La curva es de forma:
Pt = K (1+e b-at ) -1
donde:
K, a y b = son constantes
Pt = Población en la fecha t
K = representa el intervalo de variación de Pt, o sea su valor máximo
a y b = determinan la forma de la curva
t = representa el tiempo
Métodos gráficos.-
a. Extrapolación gráfica.- Es simplemente la prolongación gráfica de la curva
de crecimiento correspondiente al pasado.
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b. Método comparativo.- Se supone que el crecimiento de la población en
estudio tiene condiciones bastante similares a poblaciones mayores situadas en
el área a la que pertenece la población que se analiza.
Método de correlación
Se basa en que muchos factores de influencias, afectan en forma simultánea a una
amplia región, por ejemplo, la tasa de crecimiento de barias cabeceras cantonales con
las parroquias aledañas.
Establecida la similitud demográfica y en base a los estimativos de crecimiento futuro
de la provincia y cabeceras cantonales se puede determinar los correspondientes de
las poblaciones menores.
La aproximación se basa en el uso de una razón constante calculada en base a datos
últimos recolectados .
P1/p2 = K K = Pa1/Pa2
donde:
P1 = Población en estudio en el área
P2 = Población mayor prevista en la misma área
Pa1 = es el dato de población en estudio correspondiente al último censo o recuento
Pa2 = es el dato de la población mayor correspondiente al último censo.
Modelos de población
Trata de combinar los dos factores de variación natural de la población: natalidad y
mortalidad, justamente este aspecto es la base para la teoría de la población estable.
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A la población en estudio se la considera cerrada, excluyendo de este modo la
inmigración y la emigración.
El incremento natural se obtiene restando las funciones de los nacimientos, expresadode esta manera.
N (t) = B (t) – D (t)
donde:
N (t) = expresa el efectivo de la población a principios del período t.
B (t) y D (t) = representan los nacimientos y defunciones del período t,
respectivamente
N (t) = representa el incremento desde el comienzo del período t+ x
Método Parabólico :
En los casos en que se dispone de estimaciones de la población referidas a tres o más
fechas pasadas y la tendencia observada no responde a una línea recta, ni a una curva
geométrica o exponencial, es factible el empleo de una función polinómica, siendo lasmás utilizadas las de segundo o tercer grado.
Una parábola de segundo grado puede calcularse a partir de los resultados de tres
censos o estimaciones. Este tipo de curva no sólo es sensible al ritmo medio de
crecimiento, sino también al aumento o disminución de la velocidad de ese ritmo.
La fórmula general de las funciones polinómicas de segundo grado es la siguiente:
N2t = a + bx + ct
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Donde:
t = Es el intervalo cronológico en años, medido desde fecha de la primera
estimaciónNt = Es el volumen poblacional estimado t años después de la fecha inicial.
a,b,c= Son constantes que pueden calcularse resolviendo la ecuación para cada uno de
las tres fechas censales o de estimaciones pasadas.
Al igual que en la aplicación de la curva aritmética o geométrica, el empleo de una
curva parabólica puede traer problemas si se extrapola la población por un período de
tiempo muy largo, pues, los puntos llegan a moverse cada vez con mayor rapidez, y
sea en un sentido ascendente o descendente, ello puede conducir a que en un período
futuro lejano se obtenga valores de la población inmensamente grandes, o muy
cercanos a cero. En muchos casos este defecto puede modificarse aplicando la
extrapolación parabólica a los logaritmos de las cantidades, en lugar de aplicarlas a las
cifras en sí. La extrapolación de logaritmos implica una proyección de ritmos
cambiantes de crecimiento, en lugar de cantidades absolutas.
Comentarios
La aplicación de estos métodos no tienen información que certifique que los
resultados son los esperados en los tiempos programados, sin embargo los más
comunes son los métodos lineales, puestos que estos representan el
comportamiento del crecimiento cuantitativo, que es lo que más interesa para
la proyección de sistemas de agua y saneamiento, por ser de períodos cortos.
PROYECCION POBLACIONAL
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Para proyectar un comportamiento de crecimiento poblacional, es obligadamente
realizar la encuesta socio económica que realiza el promotor social, en base a una
delimitación que efectúa el ingeniero de saneamiento ambiental, cotejados con los
datos poblacionales de los censos nacionales, desde el inició de su cuantificación, detal forma de obtener la línea natural de crecimiento que permita una ampliación del
sistema como se muestra en el gráfico de ejemplo.
Ejemplo tomado de los censos para una población urbana del País
A O POBLACION
1962 1931974 3381982 4251990 9362001 12452011 1525
Datos reales tomados de los censos para una población.
Recuento poblacional realizado por el promotor social en el año 2011
Se cree que es necesario complementar la encuesta, con un breve análisis de los
siguientes aspectos:
a) Influencia de los servicios médicos
b) Datos de nacimientos y defunciones
c) Factores de impulsión que motivan la salida de una persona de su lugar de
residencia.
d) Factores de atracción que motivan la radicación de una persona en un lugar
determinado.
Entre los factores de atracción se puede considerar: oportunidades de empleo,
mejores condiciones de trabajo, (horarios más cortos, mejor remuneración, seguridad
y protección de salud, mayor variedad de actividades, mayor número de posibles
empleadores); factor de carácter familiar como la presencia de un pariente que ayuda
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al emigrante a instalarse en su nueva residencia; factor salud ejerce importante papel
en la atracción, (mejor asistencia sanitaria, mejor clima); factores raciales, étnicos,
sociológicos (mito de la gran ciudad), culturales, etc.. Los factores de expulsión son
inversos directamente a los mencionados.
Gráfico No. 5
Población 1600
1400
1200
1000
800 Curva natural de crecimiento
600
400
200
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Años
Para la aplicación de los tres métodos recomendados en normas, procedemos sobre la
misma proyección, aplicar los tres métodos sugeridos
METODOLOGIAS DE CALCULO
Cada vez más, y con propósitos de planeamiento económico, social, político y
comercial, de los diferentes ámbitos del quehacer nacional, demandan conocer la
población total ya sea por edad o sexo. Para determinar la capacidad potencial de
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consumidores, población estudiantil, etc. los Consultores, antes de iniciar con los
diseños, se enfrentan al gran dilema del uso de cuál metodología se debe utilizar.
A continuación se han desarrollado las metodologías más utilizadas con mayorfrecuencia para proyectar la población final de diseño en sistemas de agua potable y
alcantarillado.
Métodos Matemáticos
Son aquellas estimaciones que se realizan en base a funciones de tipo matemático,
como método Aritmético, geométrico o exponencial.
Estimaciones de la Población (Ejemplos)
La tasa de crecimiento, calculada a partir de cualquiera de las anteriores expresiones,
se expresa por lo general en forma porcentual, para ello se multiplica el resultado de "
K " por 100, para nuestro caso cada método tiene su propio símbolo de tasa de
crecimiento.
El tiempo " t " se mide en años, siendo recomendable usar hasta 4 decimales si elperíodo se expresa en años, meses y días. Esto ocurre con frecuencia cuando se quiere
calcular la tasa de crecimiento de un período intercensal, por ejemplo, el período
comprendido entre los censos de 1972 y 1981; que transcurre entre el 4 de junio de
1972 y el 12 de julio de 1981; en este caso t = 9.1041 años.
Tomamos el mismo ejemplo y determinamos la tasa de crecimiento para cada uno de
los métodos recomendados,
AÑO POBLACION1962 1931974 3381982 4251990 9362001 12452011 1525
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VALORES CALCULADOS PARA LA TASA DE CRECIMIENTO POBLACIONAL
METODO SIMBOLO VALOR AritméticoGeométricoExponencial
KaKgKe
27,183673470,0430873150,042184888
Constante “e” E 2,71828
Calculo de la población con la aplicación de la metodología seleccionada
AÑO POBLACION METODO (hab.) ARITMETICO GEOMETRICO EXPONENCIAL
196219741982199020012011
19333842593612451525
19351973795412531525
193320474596
14891898
19332047459614891898
Gráfico No. 6
Características de las líneas.
Crecimiento real tomado del censo
Proyección método exponencial
Proyección método geométrico
Proyección método aritmético
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
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Los resultados obtenidos anteriormente mediante los tres métodos de proyección
analizados, conllevan a tener en cuenta dos factores para la aplicación de los
diferentes métodos de extrapolación:
1º. La elección del método de extrapolación debe basarse en un adecuado
conocimiento de la situación y tendencias demográficas del sector, y en un
profundo análisis de las características de cada uno de los métodos propuestos.
2º. La fiabilidad de los resultados depende directamente del período de proyección. A
medida que éste aumente, los errores, producto de la elección de un método no
adecuado, aumentarán cada vez más con el transcurso de los años.
CONCLUSIONES:
1. Si revisamos los valores obtenidos por el método geométrico y comparamos
con los datos del método exponencial, coincidimos que son los mismos valores,
por lo tanto en la gráfica se puede apreciar que es una sola línea (línea verde
con línea Lila).
2. En la gráfica se puede apreciar que la proyección aritmética (línea roja) en las
dos décadas subsiguientes tiene valores casi al doble de la proyección real del
censo para luego mantener una línea similar a la proyectada )línea roja con
línea azul).
3. Si analizamos las curvas correspondientes a los métodos geométrico (línea
verde) y exponencial (línea lila), se puede apreciar que al inicio de estas curvas,
coinciden con la curva natural (línea azul del censo) en las dos primeras
décadas, pero luego experimenta una baja poblacional a casi la mitad, para
luego sufrir incrementos.
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4. Luego de este análisis queda a criterio del Consultor optar por la curva que más
se asemeje a la curva real. En este caso se podría optar por escoger el método
aritmético, que si bien sufre variación en las dos primeras décadas, pero luego
se mantiene la misma proyección, inclusive el dato de población final, coincidecon la población obtenida por el Consultor en el año 2011.
5. Comparando los resultados que se obtienen de la aplicación de las tres
metodologías expuestas, se observa que las diferencias existentes son mínimas,
esto se debe porque el período de extrapolación es muy corto; entonces, la
desviación respecto a la tendencia histórica que surge de la aplicación de
cualquiera de los métodos, es muy pequeña.
6. Si el período de extrapolación se prolonga por más de un lustro, la tendencia de
la curva elegida predominará sobre la tendencia observada en el pasado, y las
diferencias entre un método u otro se harán mayores. Sin embargo en la
estimación de la población por el método Aritmético se observa que la
diferencia es considerable, obteniéndose poblaciones menores que las
estimadas con los otros métodos.
CONSUMO
El consumo de agua es función de una serie de factores inherentes a la localidad que
se abastece y varía de una ciudad a otra, así como podrá variar de un sector de
distribución a otro, en una misma ciudad. Los principales factores que influyen el
consumo de agua en una localidad pueden ser resumidos por: clima, nivel de vida de
la población, costumbres de la población, sistema de provisión y cobranza, calidad del
agua suministrada, costo del agua (tarifa), presión en la red de distribución, consumo
comercial, consumo industrial, consumo público, perdidas en el sistema, existencia de
red de alcantarillados y otros factores.
Es oportuno hacer énfasis en que forma de provisión de agua ejerce influencia notable
en el consumo total de una ciudad, pues en las localidades donde el consumo es micro
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medido, se constata que es sensiblemente menor en relación a aquellas ciudades
donde tal medición no es efectuada.
Tipos de consumo
En el abastecimiento de una localidad, deben ser consideradas varias formas de
consumo de agua, que se pueden discriminar así:
Uso doméstico: Descarga del excusado, aseo corporal, cocina, bebida, lavado de
ropa, riego de jardines y patios, aseo de animales, limpieza en
general, lavado de automóviles.
Uso comercial: Tiendas, bares, restaurantes, estaciones de servicio.
Uso industrial: Agua de consumo como materia prima, agua consumida en
procesamiento industrial, agua utilizada para congelación, agua
necesaria para las instalaciones sanitarias, comedores, etc.
Uso público: Limpieza de vías públicas, riego de jardines públicos, fuentes y
bebederos, limpieza de la red de alcantarillados sanitarios y de galería
de aguas pluviales, edificios públicos, piscinas públicas y recreación,
operaciones contra incendios.
Usos especiales: Instalaciones deportivas, ferrocarriles y autobuses, puertos y
aeropuertos, estaciones terminales de ómnibus.
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Pérdidas y desperdicios: Pérdidas en tuberías, pérdidas en la unidad de
tratamiento, pérdidas en la red de distribución,
pérdidas domiciliares, desperdicios.
DOTACIÓN DE AGUA
La dotación de agua se puede definir como la cantidad promedio que una persona
necesita, para subsistir diariamente y cubrir todas sus necesidades y esta viene dado
en litros por habitante y por día.
Los factores que afectan al consumo “per cápita” de una ciudad, tiene un gran interés,
ya que su evaluación aproximada permitirá prever hasta cierto punto, los valores de
este y estos son.
Nivel de vida que incidirá en el uso de aparatos electrodomésticos y en una
higiene y limpieza más refinada, el consumo será mayor a mayor nivel de vida.
Tamaño de la población que probablemente esté relacionado con el anterior,
añadiendo una mejor calidad en el servicio, tanto de abastecimiento como de
saneamiento, el consumo será mayor a mayor tamaño de población.
La calidad del sistema de saneamiento que al aumentar, aumentará el consumo. La importancia de las zonas industriales y comerciales de la ciudad.
La urbanización de la ciudad en cuanto a existencia de parques mayores o
menores, si la urbanización es predominantemente horizontal con jardines
particulares o vertical con grandes bloques de apartamentos.
Condiciones climáticas puesto que el consumo será tanto mayor cuanto más
cálido sea el clima, mayor necesidad de uso personal.
El precio del agua, ya que el consumo será menor cuanto mayor sea el precio del
agua.
La calidad de agua de abastecimiento, que a lo mejor hará aumentar el consumo.
El control en los edificios públicos.
Las características turísticas de la ciudad.
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Para la determinación de las dotaciones estas deben ser de tres tipos:
a. Dotación básica
b. Dotación media actualc. Dotación media futura.
En una ciudad el consumo de agua urbana puede clasificarse en los siguientes
conceptos:
Residencial o doméstico: Dependiendo de la ciudad, puede ser el consumo
mayoritario, contiendo el suministro para usos higiénicos, culinarios, limpieza, riego
de jardines y prados (que en algunos lugares puede tener una singular importancia).
Para este uso deben tenerse en cuenta: el tamaño de la población, las condiciones
socioeconómicas, el clima, la cobertura de medidores y las características del
alcantarillado existente.
Comercial e industrial: Incluye el suministro a instalaciones comerciales,
industriales y de oficinas, y en él deberán estudiarse los consumos puntuales o
concentrados de demandas, así como realizar un estimativo de los consumos futuros.Su importancia dependerá de las condiciones locales, tales como la existencia de
grandes industrias o el porcentaje de industriales que se abastecen autónomamente
por conducciones y recursos propios.
Usos institucionales: Que incluyen los consumos de las instalaciones como hoteles
y edificios públicos como: hospitales, cárceles, etc. así como para las escuelas que
deberán analizarse según las características de concentración de población estudiantil
durante el día.
Usos públicos: Es el caudal empleado por los servicios higiénicos de servicio
público, aseo y limpieza de las calles, riego de jardines y parques públicos, fuentes y
piletas, etc.
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Uso rural: En caso de que tenga que abastecerse a la población rural, mediante una
ampliación del acueducto o directamente con un acueducto, deberán realizarse un
estudio de abastecimiento futuro y de acuerdo a las características de dicha poblaciónestimar el consumo, que se dejará un ramal.
Pérdidas y derroches: Es el agua que se pierde en la aducción, en usos subsidiarios
en el tratamiento, evaporación, debido al mal conteo en contadores y bombas,
conexiones no autorizadas, fugas en depósitos y conducciones debido al mal estado de
la red de distribución etc., son consecuencia de un mal programa de operación y
mantenimiento, por lo tanto estos gastos, no se los deber cargar al usuario, estas son
perdidas que debe asumir las empresas prestadoras del servicio de agua potable. Una
buena práctica en la estimación de la dotación futura, consiste en adoptar la
producida recientemente en una ciudad que se encuentre en ese momento prestando
servicio. Otro sistema aceptable consiste en determinar la dotación actual (consumo),
mediante las lecturas de las planillas de pago y prever una dotación futura neta,
considerando los gastos por usos públicos, que se aplicaría la siguiente expresión,
siempre y cuando la ciudad, cuente con servicios públicos, piletas, jardines. No se
consideran servicios públicos los que se encuentran dentro de las instituciones.
drDn =------------------------
1 - % uso público
Donde:
Dn = Dotación neta l/hab*día
dr = Dotación real l/hab*día, tomado de las planillas de consumo
% uso público= por uso de servicios higiénicos públicos, parques y jardines públicos y
piletas públicas (10-30%)
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Para determinar la cantidad de agua que necesita una persona diariamente, se debe
recurrir a las cartillas de pago emitidas por las empresas o juntas administradoras de
agua potable JAAP, de tal forma de obtener el consumo mensual y por usuario.
Ejemplo:
Vamos a suponer que un sector de la población consume 20 m3 de agua
mensualmente y por usuario, para el diseño de los sistemas de saneamiento,
necesitamos que el valor de dotación sea en litros por habitante por día y tendremos
que los 20 m3/mes y por usuario *1000 se transforman en litros, sobre 30 días que
tiene el mes y para 5 habitantes que tiene el usuario, lo que nos da como resultado un
valor de 133 l/hab*día,
dot.real = (20 m3 *1000 l/m3)/(1mes*30 dias/mes)/(usua*5 hab/usua)
dr = 133.l/hab*dia
% = uso público 20%
Dn = 133 l/hab*día/(1-0.20) = 166.25 l/hab.*día
Podemos adoptar una dotación final de Dn = 170 l/hab.*día
Caso de no disponer de esta información, tomaremos los datos recomendadas en las
normas de diseño, únicamente para realizar un análisis comparativo del caudal que se
requiere, de una manera aproximada como está determinado en los cuadros
siguientes.
Necesidades de agua para poblaciones rurales y urbanas (por habitante)
Sector Rural
NIVEL DE CLIMA FRIO CLIMA CALIDO
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SERVICIO (l/hab*día) (l/hab*día)IaIbIIaIIb
25506075
306585
100
Sector Urbano
POBLACIONHabitantes
CLIMA DOTACION MEDIAFUTURA (l/hab*día)
Hasta 5,000
5,000 a 50,000
Más de 50,000
FrioTemplado
CálidoFrio
TempladoCálido
FrioTemplado
Cálido
120-150130-160170-200180-200190-220200-230
>200>220>230
Cabe recalcar que estas dotaciones son consideradas para el final del período de
diseño del proyecto, sin embargo a continuación se presenta las dotaciones por
servicio y por persona para el sector urbano.
APARATO DOTACION (l/hab.)Ducha
SanitarioLavado de manosLavado de platos Aseo vivienda
Consumo propioLavado de ropa
27.635.676.02
27.880.296.0045.89
Estos datos son tomados en poblaciones superiores a 50,000 habitantes, sin embargose han ponderado incremento a estos los valores dentro de las normas para
compensar aguas no contabilizadas (servicios públicos, piletas, riego de jardines
públicos etc.).
HOTELES, PENSIONES, HOSPEDAJES
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Tipo de establecimiento Dotación diaria
Hotel 500 litros/alcoba
Pensión 350 litros/alcoba
Hospedaje 25 litros por cada m2 destinado a alcobas
RESTAURANTES
Área en m2 Dotación diaria
Hasta 40 m2 2.000 litros
De 41 a 100 m2 40 litros/m2
Más de 100 m2 50 litros/m2
Nota: en aquellos restaurantes donde también se elaboren alimentos para serconsumidos fuera del local, se calculará una dotación complementaria a razónde 8 litros/cubierto preparado para este fin.
PLANTELES EDUCATIVOS Y RESIDENCIAS ESTUDIANTILES
Tipo Dotación diaria
Alumnado externo 40 litros/persona
Alumnado semi-interno 70 litros/persona
Alumnado interno o residente 200 litros/persona
Personal no residente 50 litros/persona
Personal residente 200 litros/persona
CINES, TEATROS, AUDITORIOS Y OTROS
Tipo de establecimiento Dotación diaria
Cines, teatros y auditorios 3 litros litros/asiento
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Cabarets, casinos y salas de baile 30 litros/m2 de área para usopúblico
Estaciones, velódromos, autódromos,
plazas de toros, similares 1 litro/espectador
Circos, hipódromos, parques de atracción y similares 1 litro/espectador más ladotación requerida para animales.
BARES, FUENTES DE SODA, CAFETERÍAS
Área del local Dotación diaria
Hasta 30 m2 1.500 litros
de 31 a 60 m2 60 litros/ m2
de 61 a 100 m2 50 litros/ m2
más de 100 m2 40 litros/ m2
PISCINAS (DE RECIRCULACIÓN Y DE FLUJO CONTINUO)
Con recirculación de las aguas de rebose 10 litros/día por cada m2 de proyección
horizontal de piscina.
Sin recirculación de las aguas de rebose 25 litros/día x m2
Con flujo continuo de agua 125 litros/hora x m3
Nota: La dotación de agua para los servicios sanitarios en los des vestideros y cuartosde aseo anexos a las piscinas, se calculará a razón de 30 litros/día por cada m2de proyección horizontal de piscina.
En aquellos casos en que se contemplen otras actividades recreativas, se aumentará
proporcionalmente la dotación.OFICINAS EN GENERAL
La dotación de agua para oficinas se puede estimar a razón de 6 litros/día x m2 deárea útil del local. (También puede aplicarse 40 a 50 litros/persona x día).
DEPÓSITOS
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La dotación diaria para depósitos de materiales, equipos y artículos manufacturados,
se calculará a razón de 0.50 litros/día x m2 de área útil del local y por cada turno de
trabajo de 8 horas o fracción.
Nota: La dotación mínima debe ser de 500 litros/día. Si hay oficinas anexas, calcular
su consumo adicionalmente.
CARNICERÍAS, COMERCIOS, PESCADERÍAS Y SIMILARES
Se calcula a razón de 20 litros/día x m2 de área del local.
La mínima dotación admisible es de 400 litros/día.
MERCADOS
Calcular a razón de 15 litros/día x m2 de área útil del local.
La dotación de agua para locales con instalaciones separadas, tales como restaurantes,
cafeterías, comercios, oficinas, etc. se calculará adicionalmente según las normas para
cada caso.
BOMBAS DE GASOLINA, ESTACIONES DE SERVICIO, GARAJES Y
PARQUEADEROS
Para bombas de gasolina 800 litros/día x bomba
Para garaje simple y parqueadero cubierto 2 litros/día x m2 de área
(puede asignarse también) 50 litros/día x carro
Para lavado corriente, no automático 8.000 litros/día xunidad de lavado
Para lavado automático 12.800 litros/día xunidad de lavado
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Para oficina y venta de repuestos 6 litros/día x m2 deárea útil
HOSPITALES, CLÍNICAS, CONSULTORIOS
Tipo Dotación diaria
Hospitales y clínicas con hospitalización 800 litros/día xcama
Consultorios médicos 500 litros/día xconsultorio
Clínicas dentales 1.000 litros/día x cada unidad dental.
RIEGO DE JARDINES
La dotación de agua para áreas verdes se calcula a razón de 2 litros/día x m2.
No se incluyen áreas pavimentadas, andenes, etc.
AGUAS PARA USOS INDUSTRIALES
En muchos procesos industriales se requiere agua potable; esto sucede en todas las
industrias dedicadas a la elaboración de comestibles y bebidas. Otros procesos norequieren agua potable tales como el enfriamiento de torres de destilación, motores,
tanques de trenes, edificaciones, etc.
INDUSTRIAS EN GENERAL
La dotación de agua para consumo humano se calcula a razón de 80 litros por
operario o empleado, por cada turno de 8 horas o fracción.
La dotación de agua para el consumo industrial, debe calculares de acuerdo con la
naturaleza de la industria y sus procesos de manufactura. (Esta dotación debe ser
comprobada por las autoridades sanitarias)
PLANTAS LECHERAS Y SUS ANEXOS
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Estaciones de recibo y enfriamiento: 1.500 litros por cada 1.000 litros de leche
recibida por día.
Plantas de pasteurización: 1.500 litros por cada 1.000 litros de leche a pasteurizar por
día.
Fábricas de mantequilla, queso o leche en polvo: 1.500 litros por cada 1.000 litros de
leche a procesar por día.
ALOJAMIENTO DE ANIMALES
(Caballerizas, establos, porquerizas, gallineros, etc.)
Edificación para: Dotación
Ganado lechero 120 litros/día x animal
Bovinos 40 litros/día x animal
Ovinos 10 litros/día x animal
Equinos 40 litros/día x animal
Porcinos 10 litros/día x animal
Aves 20 litros/día x cada 100 aves
MATADEROS (PÚBLICOS O PRIVADOS)
Se calcula de acuerdo con el número y clase de animales a beneficiar, así:
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Clases de animal Dotación diaria
Bovinos 500 litros/día x animal
Porcinos 300 litros/día x animal
Ovinos y caprinos 250 litros/día x animal
Aves en general 16 litros/día x cada 100 aves
LAVANDERÍAS Y SIMILARES
Lavanderías 40 litros/kg de ropa
Lavado en seco, tintorerías y similares 30 litros/kg de ropa
AGRICULTURA
Trigo 1.500 m3/tn producto
Arroz 4.000 m3/tn producto
Cereales pobres 1.000 m3/tn producto
Algodón 10.000 m3/tn producto
Riego aspersión en régimen continuo (clima templado) 1,5 m3 h/ha
GANADERÍA (por cabeza ganado mayor 60-80 1/día)
Hidráulica tipo Francés-Danés 4-20 L/día
Porquerizas con limpieza hidráulicaen seco o mixta 2-6 L/día
Ovejas 5 L/día
INDUSTRIAS AGRÍCOLAS
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Mantequilla 2 a 4 L/L de leche
Quesería 6 a 10 L/L de leche
Leche en polvo 7 a 17 L/L de leche
Leche de consumo 7 a 11 L/L de leche
Fabricación de sidra (sin embotellado) 4 m3/t de manzana
Lavado de botellas 2 a 6 L/botella
Elaboración de vino 2 L/L de vino
Cervecería (sólo fabricación) 20 a 30 m3/t de malte
Fabrica de malte 1,5 a 3m3/t cebada
Azucarera 2 a 15 m3/t de remolacha
Fabrica de levadura 150 m3/t de levadura
Fabricación de vinagre 50 L/L de vinagre
Conservas de frutas 12 a 15 m3/t de fruta
Conservas de legumbres 6 m3/t de legumbres
Conservas de pescado 20 m3/t de pescado
Conservas de carne 70 m3/t de conserva
Fabrica de fécula 15 m3/t de patata
Fabrica de almidón 15 a 20 m3/t de maíz
INDUSTRIAS NO AGRÍCOLAS
Circuitos:Curtidos 20 a 140 m3/t de producto fabricado
Papeleras:Pasta de papel 300 m3/t de producto fabricado
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Embalaje-cartón 40 m3/t de producto fabricado
Papeles especiales 500 m3/t de producto fabricado
Textil:
Algodón (según grado de preparación) 15 a 200 m3/t de producto fabricado
Lana (peinaje-blanqueo) 165 m3/t de producto fabricado
Rayón 400 a 1000 m3/t de producto fabricado
Productos químicos 220 a 1.000 m3/t de producto fabricado
Refinería de petróleo 0,1 a 40 m3/t de producto fabricado
Acero 6 a 300 m3/t de producto fabricado
Acero laminado 400 m3/t de producto fabricado ANALISIS HIDRAULICO DEL SISTEMA.
Sectorización
Realizado todos los trabajos de campo, analizado el comportamiento hidráulico del
sistema, determinada las fallas, obtenido el método y la tasa de incremento
poblacional, se procede con la determinación de la sectorización del área a servir, paraesto es necesario disponer de un plano de amanzanamiento que abarque toda la zona
que se encuentra con servicio actualmente. Este trabajo lo realiza el promotor social,
en base al plan urbanístico que dispone la Municipalidad o para sectores rurales, será
el criterio del Consultor.
1. Disponer de un mapa general de amanzanamiento de la población a servirse, con
identificación de calles Grafico No.7
Gráfico No. 7
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2. Ubicación de sectores, parroquias o barrios. (Recomendable determinar áreas por
barrios, para la utilización de Lideres o presidentes de cada barrio, que son los
más propensos a entregar información del número de habitantes por cada casa).Gráfico No. 8
Gráfico No. 8
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3. Continuamos con el recuento de los habitantes por cada casa y por cada sector o
barrio como se muestra en el gráfico No. 9
Gráfico No. 9
1
40/8
7
50/10
2
40/8
4
43/9
5
55/10
6
55/10
9
40/8
10
42/913
55/12
12
50/10
11
55/11
8
44/10
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4. Realizamos un conteo total del número de habitantes por casa y de cada barrio
5. Elaboramos e cuadro de resumen general de cada barrio, con el número de
habitantes, número de casas y el área
Ejemplo
Cuadro de densidad promedio
Barrio Población Número rea Densidad
25
32/9
17
62/12
16
58/11
15
41/8
24
35/7
21
61/10
20
60/1222
58/1123
38/10
18
57/1114
40/10
30
33/7
26
30/10
27
32/11
28
34/7
35
55/12
19
48/10
31
32/6
32
34/5
33
35/8
34
32/6
29
49/11
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(hab.) de casas (Ha) (hab./casa)1 856 142 13 62 550 112 8 53 345 90 5 4
4 720 138 12 55 1300 212 18 66 566 115 9 57 425 101 6 48 632 123 7 59 922 199 10 5
10 666 130 8 511 720 142 6 512 568 115 8 513 855 138 12 6
TOTAL 9125 1757 122 66
DENSIDAD PROMEDIO 5.10
6. Paralelo a la determinación del número total de habitantes por cada casa y por
barrios, efectuamos la identificación de los usuarios por cada barrio, con la
colaboración del personal que realiza la micro medición, quienes son los que están
en constante vinculación con los usuarios y pueden identificar con mayor
facilidad.
a) Disponer de un listado de los usuarios potenciales, con un resaltador a colorsubrayar el nombre del beneficiario de servicio y el consumo promedio
mensual.
b) Cada color representa un barrio.
c) Se contabiliza el número de usuarios y el consumo promedio mensual por cada
barrio
d) Luego se procede a establecer e nivel de consumo de cada barrio.
e) El número de usuarios se obtiene de a contabilización de listado de las
planillas con el color asignado a cada barrio y el gasto corresponde al
promedio del consumo de todos os usuarios de ese barrio
f) Para obtener as categorías de consumo, se obtiene del número de usuarios
para el gasto.
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Categoría de Consumo
BARRIO USUARIO GASTO (m3)CATEGORIA DE CONSUMO (m3)
por UsuarioHasta 15 15-25 25-30 >30
1 138 10,88 12,682 110 7,33 15,013 91 9,29 9,84 135 9,31 14,55 214 7,56 28,316 112 3,38 33,147 99 3,96 25,008 115 4,58 25,119 2001 86,21 23,2110 125 4,13 30,27
11 138 5,95 23,1912 115 3,66 31,4213 137 3,04 45,07
7. Una vez obtenida las categorías de consumo por usuario, automáticamente se va
agrupando los sectores de acuerdo al gasto, que en nuestro ejemplo hemos
logrado establecer 4 sectores, los mimos que requieren de verificación con el
mapa de la población, si están en condiciones de cohesionarse entre sí.
Dotaciones reales de cada zona
ZONA CONSUMO PROMEDIOm3/usuario*mes
1234
12.3317.7525.5434,97
SECTORIZACION (En base a las características de consumo
BARRIO CONSUMO(m3)
SECTOR GASTOPROMEDIO(m3)
POBLACION(hab)
DENSIDADhab/casa
DOTACIONl/hab*día
1 12,683823533 9,8 1 12,33 1921 5,1 80,574 14,52 15,006821287 25 2 21.07 1695 5,1 137.69
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11 23,195 28,306878318 25,10917031 3 25,54 2104 5,1 166,949 23,21
6 33,1360946710 30,2663438 34,97 2655 5,1 228,5812 31,42076503 413 45,06578947
DOTACION REAL 153.45
Mapear densidades
1. Mientras que es posible ver concentraciones por el simple mapeo de ubicación de
población de similares condiciones, en sectores con muchas características,
puede resultar dificultoso ver sectores con mayor concentración que otras.
2. Un mapa de densidad permite medir la cantidad de características utilizando una
unidad de medida uniforme, tal como número de casas, uso del suelo, área
ocupacional, teniendo como resultado una mejor lectura en la distribución de
zonas. Este tipo de zonificación se vuelve de mejor beneficio cuando los datos
tomados en campo son los más reales posible, especialmente útil para estadísticas
de expansiones futuras.
3. Se podría ver el resultado en el ejemplo propuesto con datos tomados de lasencuestas sanitarias, y representados en el mapa de amanzanamiento con la
numeración de cada manzana, número de casas y el número de viviendas. Por lo
tanto en una simple mirada del resultado, se podría ver las zonas súper-pobladas
y las menos habitadas.
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4. El número superior es el de la manzana, luego tenemos el quebrado 50/10. El
número 50 representa el número personas y el número 10 corresponde al número
de casas.
5. Para lograr una agrupación, acorde las características socioeconómicas de la
Localidad, agrupamos las manzanas que tengan similares número de habitantes, y
similar número de casas y vamos seleccionando las zonas
6. Una vez seleccionadas las zonas, contamos el número de casas, el número de
habitantes promedio y medimos el área.
7. obtenemos datos del amanzanamiento
8. Con las planillas de pago de consumo de agua, se procede a la ubicación del
usuario en la respectiva zona, de lo que se obtiene la población, número de casas y
el área, al igual determinamos el consumo mensual de cada usuario tomando
como referencia el promedio para cada zona.
DEMANDA ACTUAL
La demanda de un producto puede tener su origen en las necesidades del usuario para
satisfacer sus necesidades de consumo, en la temporalidad, en su destino y en la
estructura del servicio existente. Es importante hacer una diferenciación entre lo que
es demanda potencial y demanda efectiva. Entendiéndose por demanda potencial la
cantidad de agua que podría consumir el usuario con un caudal asumido.
En cambio demanda efectiva es la cantidad de agua que realmente consume el
usuario, mediante un caudal medido.
La demanda generan todos los habitantes de la zona que están conectadas o no al
sistema.
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Con los datos del mapa de amanzanamiento y reportes de las planillas de consumo de
agua se puede preparar el cuadro de densidades y demanda actual
DETERMINACIÓN DE DENSIDADESZONA POBLACION
hab.#
CASAS AREA
HaDENSIDAD
hab./casa hab./Ha1 1921 370 30 5.19 64.032 1695 355 20 4.77 84.743 2854 534 35 5.34 81.544 2655 498 37 5.33 71.76
TOTAL 9125 1757 122 5.19 74.84
DETERMINACIÓN DE DOTACIONES
ZONA DENSIDADhab./casa
DOTACIONESm3/usuar*mes l/usuario*día l/hab.*día
1 5.19 12.33 411 79.152 4.77 21.07 702 147.073 5.34 25.54 851 159.304 5.33 34.97 1166 218.66
TOTAL 5.16 23-48 783 151.64
OFERTA ACTUAL
Partimos nuevamente desde el concepto de oferta y demanda, que establece que es el
caudal necesario para satisfacer las necesidades de la población en un tiempo
predeterminado y tenemos:
VARIACIONES DE CONSUMO
Caudal medio anual.-Para la determinar el caudal de diseño, se toma como
referencia el consumo medio anual que se espera que la población se satisfaga,
durante el período de un día
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Cmd = (Número de habitantes) * (Dotación) / 86,400 = lts/seg
Caudal máximo diario.- Es el consumo máximo diario que se espera que realice la
población en un día y se determina mediante el cálculo del caudal medio anual más
un factor de ampliación Kd que desde 1.3 a 1.5
CMD = Cmd *Kd = lts/seg
Caudal máximo diario.- Es el consumo máximo diario que se espera se realice en
una determinada hora del día y se determina mediante el cálculo del caudal medio
anual más un factor de ampliación Kh que desde 2.00 a 2.3
CMH = Cmd *Kh = lts/seg
VARIACIONES DE CAUDALES
ZONAPOBLACION
(hab)DOTACION(l/hab-*día)
CAUDALES DE DISEÑO
cmd CMD CMH CMD+I
l/seg. l/seg. l/seg. l/seg.
1 1921 79,15 1,76 2,46 4,05 4,57
2 1695 147,07 2,89 4,04 6,64 5,90
3 2854 159,30 5,26 7,37 12,10 10,49
4 2655 218,66 6,72 9,41 15,45 12,32
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TOTAL 9125 151,64 16,02 22,42 36,84 32,42
El caudal de incendios se aplicará para poblaciones que sobrepasen los 5ooo
habitantes en la sierra y 3000 habitantes en la costa, de acuerdo al número de
incendios simultáneos, aplicando la tabla V.4 de la norma de diseño
OFERTA Y DEMANDA FUTURA
Para determinar la oferta y demanda futura realizamos el mismo procedimiento que
se realizó para determinar la oferta y la demanda actual, para lo cual se toma los datos
del cuadro de la demanda actual y determinamos proyección futura con un horizontede diseño preestablecido. A la población actual hay que añadir la población flotante,
que es considerada cuando la localidad tiene centros educativos y turísticos
procediendo a determinar el número de las personas que permanecen dentro de la
población por cierto tiempo.
Población flotante es el contingente demográfico compuesto por aquellas personas
que, no estando oficialmente inscritas en el censo de población de la comunidad,
residen temporalmente en un ámbito geográfico comunitario. Son consideradas
población flotante:
Los que residen temporalmente y aún no se han registrado dentro de la
comunidad.
Estudiantes y profesores de otras localidades
Los que se encuentran de vacaciones.
Los que están en tránsito hacia otras localidades (aeropuertos, estaciones,puertos, etc.).
Jornaleros y trabajadores de temporada.
Los inmigrantes en situación administrativa irregular.
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Profesionales, técnicos y operarios venidos desde otros lugares del País
seducidos por mejores condiciones laborares.
Personas que acuden a realizar sus compras desde otras localidades.
El concepto población flotante no se lo ha considerado de mucha importancia, lo que
provoca problemas en la dotación de servicios públicos, quedando muchas veces por
debajo de las necesidades reales, especialmente en sectores turísticos, donde el
consumo de agua potable se vuelve caótico, ya que la población turística, realiza su
aseo personal tres veces al día alterando la dotación básica, por esto es necesario
realizar la zonificación de las áreas a servirse, determinando su propia dotación. Para
determinar la población flotante, se debe tomar en cuenta estos aspectos y realizar un
recuento, considerando un 15 % del total de la población flotante, valores que deberán
ser añadidos a la población actual.
Para el cálculo de la población de diseño aplicamos la expresión determinada en el
análisis poblacional y optamos por el método aritmético Pf=Pa+(n*Ka) con una tasa
de crecimiento de Ka = 27.18 que es el resultado de nuestro análisis poblacional y un
per{iodo de diseño de 25 años.
POBLACION FUTURA
Para el cálculo de la población de diseño se ha considerado proyección
predeterminada en los capítulos anteriores donde se obtuvo el método aritmético
que más se asemeja a la proyección poblacional original, elaborado con datos de
censos reales y los valores de la tasa de crecimiento Ka= 27.18 y un per{iodo de
diseño de 25 años y se obtuvo la población futura. Que se registra en el cuadro
siguiente:
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POBLACION DE DISEÑO
ZONAPOBACIONCENSADA
POBLACIONFLOTANTE
POBLACION ACTUAL
POBACIONDE DISEÑO
(hab.) (hab.) (hab.) (hab.)
1 1921 288 2209 2889
2 1695 254 1949 2629
3 2854 428 3282 3962
4 2655 398 3053 3733
TOTAL 9125 1369 10494 11173
CAUDALES AL FINAL DEL PERIODO DE DISEÑO
ZONAPOBLACION
(hab)
DOTACIONNETA
(l/hab-*día)
CAUDALES DE DISEÑOcmd CMD CMH CMD+I
l/seg. l/seg. l/seg. l/seg.
1 2889 98,94 3,31 4,63 7,61 7,802 2629 183,84 5,59 7,83 12,86 10,713 3962 199,13 9,13 12,78 21,00 17,124 3733 273,32 11,81 16,53 27,16 20,62
TOTA 11173 189,56 24,51 34,32 56,38 46,56
AREAS DE EXPANSIÓN FUTURTA
ZONA POBLACION AREA DENSIDAD(hab./Ha) Actual
(hab.)Futura(hab.)
Actual(Ha.)
Futura(Ha.)
ampliación(Ha.)
1 2209 2889 30 39,23 9,23 73,642 1949 2629 20 26,97 6,97 97,463 3282 3962 35 42,25 7,25 93,774 3053 3733 37 45,23 8,23 82,52
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TOTAL 10494 11173 122 153,68 31,68 72,70
Para determinar las áreas de ampliación futura, se debe considerar el crecimientopoblacional y la densidad, que es la plataforma para la extensión de la superficie del
suelo de asentamiento y esta se considera como zona de expansión futura horizontal
que puede extenderse hacia los costados de la población actual y la otra que sería la
zona de expansión futura vertical, donde ya no tiene espacio para su crecimiento pero
puede extenderse hacia arriba, a través de edificaciones que en la práctica
encontramos en franjas comerciales.
AREAS DE EXPANCIÓN FUTURA Y SECTORIZACION
Para proceder con la ubicación de las áreas de expansión futura, el Consultor debe
considerar si existen terrenos que tengan la facilidad de construcción de nuevos
edificios, prolongación de vías de acceso, que haya la factibilidad de prestación de
servicios públicos etc. y de acuerdo a la demanda se iría ampliando dichas zonas. Este
trabajo debe ir en coordinación directa con la dirección de planificación del gobiernodescentralizado de ese municipio, a través de un plan de ejecución de obras, para
evitar asentamientos ilegales que pueden provocar la desestabilización del proyecto.
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SECTORIZACION ACTUAL
EXPANSIÓN FUTURA Perímetro actual
Línea de expansión futura
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La línea entrecortada corresponde al perímetro sectorial de las áreas de expansión
futura, producto del incremento de relación a la densidad poblacional y la línea , llena
corresponde a las líneas perimetrales de los sectores del proyecto.
Diseño de los componentes de agua potable
CAPTACION
Una vez estimados los caudales necesarios para cubrir las necesidades de agua potable
de una comunidad, el siguiente paso es la localización y selección de la fuente que
garantice el caudal requerido, no solo dicha cantidad, sino economía de construcción
y explotación, según los siguientes criterios:
Cercanía al punto de destino, lo que será favorable en la economía de conducción del
agua.
Calidad del agua en su origen, que incidirá de forma determinante sobre los costos de
potabilización y tratamiento. (para una ciudad costera el recurso más próximo sería el
agua de mar, pero su costo de potabilización es altísimo, preferible otra alternativa).
Seguridad en el suministro, relacionado con las fluctuaciones estacionales, tanto encantidad de recurso. como en su calidad, así como la influencia de condicionantes
meteorológicos, geológicos, etc. Frecuentemente, puede ser necesario almacenar parte
del recurso excedente en ciertas épocas del año, para compensar la escasez en otras
(regulación).
Facilidad de extracción y/o captación que influirá lógicamente, en los costos del
proyecto.
Topografía de la zona que permita conducir el agua por gravedad, a su punto de
consumo, así como obras más sencillas.
Posibilidades de ampliación, diseñadas para resolver el problema a largo plazo del
previsto inicialmente por el estudio.
Solucionado este punto, es necesario pensar en su captación sea esta: superficial,
cuando el recurso utilizado se encuentra por encima de la corteza terrestre (ríos, lagos
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de agua dulce, embalses, etc.) o subterránea, cuando el recurso se encuentra
profundo.
CONDUCCION
Es el conjunto de obras y elementos que tienen la misión de conducir el agua desde la
captación hasta el punto inicial de la planta de tratamiento y en la cual el transporte
se realiza a caudal total o completo. Este transporte requerirá una cierta cantidad de
energía para realizarse, a este respecto, pueden ocurrir tres casos:
Que el agua en el punto de captación disponga de la energía suficiente, en forma
potencial, para realizar su transporte, estas son las denominadas conducciones por
gravedad y se caracterizan por el aprovechamiento de la diferencia de nivel entre los
puntos de origen y destino. Según el estado energético del agua durante el transporte,
las conducciones por gravedad se clasifican en:
- Conducciones a lámina libre o rodadas, el agua circula en ellas a presión atmosférica
y por tanto su recorrido es sensiblemente paralelo y muy próximo a la línea
piezométrica.- Conducciones a presión o forzadas, en estas el agua circula a una presión variable,
superior a la atmosférica y el recorrido del agua difiere sensiblemente de la línea
piezométrica.
- Conducciones mixtas que son aquellas que tienen tramos de ambas clases
anteriores, siendo por ende las de uso más frecuente.
Que el agua no disponga de la energía necesaria para realizar el transporte, en este
caso será necesario aportarle energía por medios externos (bombas de impulsión), lo
que da origen a las denominadas conducciones por impulsión.
Que el agua disponga tan sólo de una parte de la energía necesaria para el transporte,
en este caso continuará siendo necesario el aporte exterior de energía y podrá dar
origen a una conducción compuesta: gravedad – impulsión.
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Así estos tres casos proporcionan una primera y fundamental clasificación de las
conducciones, los mencionados: a lámina libre, a presión, por impulsión.
TRATAMIENTO
Este aspecto es de fundamental importancia para el diseño de los sistemas de
abastecimiento de agua y que puede primar en la utilización de una determinada
fuente de abastecimiento.
A pesar de que en el país existen muchas dificultades en los sistemas de agua potable
actualmente en servicio, para cumplir con los requisitos en cuanto a la calidad del
agua de consumo humano, es conveniente que se determinen y cumplan los límitespara sustancias nocivas, a fin de garantizar la calidad físico-química y bacteriológica
del agua.
Generalmente el tratamiento se centra en satisfacer Normas de Calidad del Agua
dadas por la OMS., la Subsecretaría de Servicios Agua Potable y Saneamiento SSAPyS,
que para condiciones óptimas obligan a un tratamiento completo. Aunque aquello es
lo deseable, no siempre está justificado el mismo, sobre todo cuando no se dispone del
personal local suficientemente entrenado, ni se cuentan con los recursos económicos
suficientes, para su operación y mantenimiento.
Por ello, más que tratar de cumplir con las Normas de Calidad del Agua, se debe
cumplir con ciertos rangos de valores límite, para ajustar los diseños a condiciones
reales, que permitan desarrollar un proyecto satisfactorios desde el punto de vista
hidráulico sanitario, económico y social, que tiendan a satisfacer las necesidades de
agua de una colectividad para propiciar su desarrollo, sin estimar aspectos
cualitativos de confort, de riego, que adicionalmente en el medio urbano, se derivan
de los abastecimientos de agua.
Se debe puntualizar en base de las experiencias en sistemas construidos en el Ecuador,
que la cantidad de agua suministrada, es factor determinante bajo el punto de vista de
salud pública, independiente de su calidad. En efecto, no se logra una reducción de
índices de morbi-mortalidad de origen hídrico, con el suministro de agua de calidad
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óptima, si existen privaciones en su uso, por escasez o limitación en la oportunidad de
obtenerlo. De modo que sería inútil construir sistemas de abastecimiento de agua
potable que no satisfaga las cantidades normales de consumo de una población, aún
cuando su calidad sea óptima.Por ello, es solo mediante el servicio continuo, se puede concebir un
abastecimiento de agua capaz de lograr mejorías en los niveles de salud de su
población, para esto se deben establecer ciertas normas flexibles de calidad, sin
atentar contra la salud de sus consumidores.
Los resultados obtenidos de los análisis en laboratorio permiten definir lo siguiente:
El análisis físico mide y registra las propiedades que pueden ser observadas
por los sentidos como son: el color, olor y turbiedad.
El análisis químico determina las cantidades de material mineral y orgánico
que existe en el agua, alterando de esta manera su composición.
Mediante el análisis bacteriológico, se determina la presencia de bacteria que
son características de la contaminación de las aguas y con exámenes
microbiológicos y microscópicos, podemos determinar la proliferación dealgas que son las productoras del olor en las aguas.
CARACTERISITICA EXPRESADO
mg/l
SAPyS
SENAGUA
OMS
Normas Europeas
OMS
Normas
Internacionales
CE
Comunidad
Europea
Color
Turbiedad
U. Pt-Co
U.N.T.
5 – 15
5 – 10
-------
-------
5 – 50
5 – 25
5 – 20
5 – 10
Alcalinidad Total
Alcalinid. Bicarbonato
Alcalinid. Carbonatos
Alcalinid. Hidróxidos
Anhídrido Carb. Libre
CaCo3
CaCo3
CaCo3
CaCo3
CaCo3
---------
250
120
0
5
--------
-------
------- 30
Calcio
Cloruros
Dureza Total
Dureza Cálcica
Flúor
Fosfatos
Hierro Total
Magnesio
Ca++
Cl
CaCo3
Caco3
F-
Po4
Fe+++
Mg++
75 – 200
250
150 – 500
150 – 500
*
0.30
0.30
50 – 150
-----
200 – 600
100 – 500
---
0.10 – 0.30
---
75 – 200
200 – 600
100 – 500
0.10 – 1.00
75 – 200
75 – 200
100
5 – 200
350
0.30 – 2.00
0.10 – 0.30
100
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Manganeso
Nitrógeno Amoniacal
Nitrógeno Nitrato
Nitrógeno Nitrito
Potasio
SodioSólidos Totales
Sólidos disueltos
Sulfatos
Conductividad
Mn++
N-NH3+
N-No3
N – No2
K+
Na+
So4
0.10
0.30
5.00
0.10
10 – 50
10 –
115500 – 1000
500 – 1000
250
1250
0.05
250
0.05 – 0.50
200 – 400
0.02 – 0.05
0.10
10 – 12
20 –
100
5.0 – 250
400 – 1250
Los pre tratamientos como parte de los procesos que buscan una calidad del agua
cruda apropiada a las necesidades del usuario, comprenden un cierto número de
operaciones mecánicas, físicas y/o químicas que tienen por objeto separar del agua la
mayor cantidad posible de materias que por su naturaleza o tamaño puedan ser
motivo de posteriores problemas en el tratamiento. Los procesos de pre tratamientoen aguas potables pueden incluir:
Remoción de materiales flotantes, que se emplean cuando se requiera retirar del agua
material sobrenadante para que posteriormente pueda ser tratada por los procesos
convencionales, se incluyen aquí los procesos de desbaste con rejillas o tamices y las
trampas de grasa y aceite.
Remoción de materiales suspendidos deben usarse cuando exista en el agua un exceso
de material suspendido, en especial arcillas y algas que puedan interferir en los
siguientes procesos. Pueden emplearse desarenadores, presedimentadores con o sin
aplicación de químicos, prefiltros y microtamices.
Procesos de oxidación, pueden ser por:
Aireación: bandejas de coque, aireación forzada con inyección de aire comprimido o
aireación mecánica.
Adicción de químicos como: permanganato de potasio (KMnO4), Ozono (O3),
peróxido de hidrógeno (H2O2), dióxido de cloro (ClO2) o cloro en todas sus formas.
PRESEDIMENTADORES
El pre sedimentación debe emplearse cuando la turbiedad del agua interfiera con los
procesos de tratamiento convencional y la sedimentación simple de partículas
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remueva al menos el 40 % de la turbiedad. Se recomienda el uso de pre
sedimentadores cuando la turbiedad del agua sea muy elevada (mayor de 1000 UNT)
o cuando se presente un alto contenido de partículas gruesas.
Aún cuando este tema se tratará con mayor profundidad en decantación, se adelanta
el hecho que en sedimentación previa se pueden emplear sedimentadores de flujo
horizontal, vertical, de placas o embalses retenedores de agua cruda; siempre y
cuando se cuente con un sistema eficaz de remoción y extracción de lodos que puede
ser continua o intermitente. En el caso de emplearse tanques, esto pueden ser
circulares o rectangulares y el fondo debe tener forma de embudo para facilitar la
remoción manual, mecánica o hidráulica de los lodos.
Para garantizar que la unidad opere adecuadamente, el tiempo de detención en el pre
sedimentador debe ser mayor de 2 horas y la carga superficial entre 15 y 80
m3/m2.día para flujo horizontal y de 180 a 360 m3/m2.día para sedimentadores de
alta tasa.
PREFILTROS
Este proceso de pre tratamiento debe emplearse para reducir los niveles de turbiedad y de sólidos en suspensión a límites aceptables, e interfieran con los procesos
posteriores de tratamiento y/o para reducir la contaminación bacteriológica cuando
es muy elevada. Los pre filtros pueden ser:
Tipos de pre filtros empleados para pre tratamientos.
La composición del medio filtrante en el caso de los filtros gruesos dinámicos, es de
tres capas de grava con tamaños que varían de 3 a 25 mm. en la dirección del flujo, es
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decir la capa más fina en contacto con el agua cruda. En los de flujo horizontal el
lecho debe estar constituido por gravas de tamaños entre 25 y 19 mm. para la
primera unidad, entre 19 y 13 mm. la segunda y entre 13 y 4 mm. en la última.
En los filtros gruesos de flujo ascendente, el lecho filtrante debe estar constituido por
5 capas de grava distribuidas en 1,2 o 3 compartimientos, con tamaños variando de
25 a 4 mm. en donde los primeros 20 a 40 cm. constituirán el soporte. En los de flujo
descendente, las características del lecho pueden coincidir con los de flujo horizontal
o flujo ascendente.
AIREACIÓN
En la aireación debe ponerse en contacto el agua cruda con el aire, con el propósito
de modificar la concentración de sustancias volátiles contenidas en ella, la aireación
se recomienda en los siguientes casos:
Transferir oxígeno al agua y aumentar con ello el oxígeno disuelto.
Disminuir la concentración de dióxido de carbono (CO2).
Disminuir la concentración de sulfuro de hidrógeno (H2S).
Remover el metano (CH4).Oxidar hierro (Fe) y manganeso (Mn).
Remover compuestos orgánicos volátiles (COV).
La aplicabilidad de los diferentes tipos de aireadores y su dosificación, deben ser
determinadas preferiblemente a través de ensayos, controlarse el tiempo de aireación
y la eficiencia de remoción; esta última como el porcentaje entre la variable química a
remover en el efluente y el afluente.
Las bandejas de coque consisten en una serie de superficies de 0.5 a 2 m2 (por cada
100 m3 de capacidad) con un lecho de coque de espesor de 0.15 a 0.3 m. conformado
por partículas de 0.05 a 0.15 m. sobre las cuales se vierte el agua cruda a una carga
máxima de 100 m3/m2.día. tal que se genere una capa de aproximadamente 0.15 m.
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Lo que allí se genera es una caída del agua de bandeja a bandeja y por ende una
aireación con la añadida capacidad del carbón para absorber y adsorber químicos.
OXIDACIÓN QUÍMICA
Para la aplicación de la oxidación y la selección del oxidante (cloro, dióxido de cloro
(ClO2). permanganato de potasio (KMnO4), Ozono (O3), peróxido de hidrógeno
(H2O2)) debe realizarse un estudio técnico y económico detallado de las ventajas y
desventajas pues son tratamientos de los que debe conocerse más y en los que en su
aplicaciones requiere implementar sofisticadas técnicas. Esta solución debe
emplearse cuando los siguientes parámetros excedan los límites permisibles y no
puedan ser removidos en el tratamiento convencional:
Color.
Algas.
Nitrógeno amoniacal.
Olor y sabor.
Hierro y manganeso.
Disminuir la formación de trihalometanos (THMs).
Evitar el crecimiento de algas sobre las paredes de las unidades en la planta.
Como oxidantes después de la desinfección.
La dosis de cloro (Cl2 o hipocloritos) que debe emplearse corresponde a los valores
por debajo del máximo de la curva de demanda en cloro, lo que reduce la formación
de trihalometanos (THMs). Los parámetros que deben ser controlados en el proceso
son:
La dosis de cloro residual obtenida después de la precloración.
La concentración de trihalometanos después de la desinfección final, en caso de que
existan precursores y se halla demostrado un exceso de trihalometanos.
Efecto sobre los polielectrolitos, en caso de que afecte la formación de los flóculos.
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Eficiencia de remoción de la turbiedad, medida después de la sedimentación.
En la oxidación por dióxido de cloro (ClO2), la eficiencia de remoción del color y
sabor es superior a la del cloro (no reacciona con los fenoles presentes), a su vez serecomienda para remover hierro y manganeso del agua cruda y porque con este
oxidante no hay formación de trihalometanos. Sin embargo no debe emplearse en
aguas con nitrógeno amoniacal debido a que no reacciona con éste y por tanto no
permite su eliminación. Con este oxidante pueden formarse, subproductos como
cloritos (ClO2) y cloratos (ClO3) que pueden ser tóxicos, por eso la concentración
máxima total debe ser de 1 mg/l para ClO2, ClO3 en el agua tratada. Se recomienda
para la remoción de algas presentes en el agua cruda que pueden interferir en los
procesos subsecuentes.
El ozono por ser un potente oxidante se recomienda cuando las aguas contienen altas
concentraciones de materia orgánica o color, puesto que presenta las siguientes
ventajas:
Disminuye la formación de subproductos clorados (THMs).
Facilita la coagulación - floculación - decantación (fenómeno de polimerización de lamateria orgánica y coloides presentes).
La dosis está comprendida entre 0.3 y 0.5 mg de O3 por mg de carbón orgánico total
(COT). No obstante debe tenerse en cuenta que el uso del ozono, puede generar
subproductos (bromatos) cuya peligrosidad se desconoce.
En el pre tratamiento de aguas ricas en hierro y manganeso, la oxidación mediante
permanganato potásico (KMnO4) puede ser más eficiente que por otros oxidantes,
pero es mucho más costoso. Con este debe controlarse la dosis, ya que susobredosificación puede generar la presencia de color.
Sin embargo ninguno de los procesos de oxidación anteriormente mencionados
puede utilizarse antes de haberse realizado estudios de laboratorio y/o planta piloto,
complementada con cuidadosos estudios económicos de costo/beneficio, así como la
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identificación de posibles problemas operativos.
CLASIFICACION DE LAS AGUAS CRUDAS PARA POTABLIZACION
CUADRO No. 1
CONTAMINANTE O CARACTERÍSTICAS UNIDAD EXCELENTE BUENA DEFICIENTE
DBO (5 días) promedio mensual máximo día mg/l 0,75 - 1,50 1,50 - 2,50 22,50
Coliformes: Promedio Mensual 50 - 100 100 - 5000 25.000,00
Máximo día NPM/100ml 25% sobre100 22% sobre5000 25% sobre20000
Oxígeno disuelto:
Promedio mg/l 40 - 7,5 4,0 - 6,5 4,00
Saturación 75% o > 60% o>
pH: Promedio - 6,0 - 8,5 5,0 - 9,0 3,8 - 10,5
Cloruros (Máximo) mg/l 50,00 50 - 250 > 250
Fluoruros mg/l 1,50 1,5 - 3,0 3,00
Compuestos fenólicos (máximo) mg/l insumo 0,005 0,005
Color Unid. 0 - 20 20 - 150 150,00
Turbiedad Unid. 0,10 10 - 250 250,00
EFICIENCIA REMOCIONAL DE LOS PROCESOS UNITARIOS
CUADRO No. 2
CONTAMINANTES
CARACTERISTICAS
AEREAC.
(a)
COAGUL. Y
SEDIMENT.
(b)
ABLAND. Y
SEDIMENT.
©
FILTRACION
LENTA SIN (b)
FILTRACION
RAPIDA CON
(b)
DESINFEC
Bacteria 0 ++ +++ ++++ ++++ ++++
Color 0 +++ 0 ++ ++++ 0
Turbiedad 0 +++ ++ ++++ ++++ 0
Olor y sabor ++ + ++ ++ ++ +++++
Dureza + -- ++++ 0 -- 0
Corrosividad +++ -- 0 -- 0Hierro y Manganeso +++ + ++ ++++Con (a) ++++Con (a) 0
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SELECCIÓN DE METODOS DE TRATAMIENTO
CUADRO No. 3
CALIDAD DEL AGUA PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO TRATAMIENTO ESPECIAL
ELEMENTO CANTIDAD
MICROFILTRADO
PRECLORINACION
SEDIMENTACION
SIMPLE
AEREACION
CONCAL
COAGULACIONY
SEDIMENTACION
FILTRACIONRAPIDA
FILTRACIONLENTA
POSTCLORACION
SUPERCLORACION
CARBONACTIVADO
TRATAMIENTO
QUIMICOESPECIAL
DESALINIZACION
NMP Coliformes por
100 ml (promedio
mensual)
0 – 20 E
20 – 100 O O O O E
100 - 5000 E E E O E
> 5000 E O E E E O
Turbiedad
0 -100 O
10 – 200 O E E
> 200 O 0** E E
Color mg/l20 – 70 O O O
> 70 E E O
Sabor y Olor Perceptible O O O O E
Carbonato de calcio
mg/l> 200 E E E E
Hierro y manganeso
mg/l
< 0,30 O O S
0,30 - 1,0 O E E O
> 1,00 E E E E O
Cloruros mg/l
0 – 250
250 - 500 O
> 500 E
Compuestos ( jabones)
fenólicos mg/l
0 - 0,005 O O O O
>0,005 E E O E O
Químicos tóxicosE E E O
Químicos menos
críticos O O O O
E = Esencial; O = Opcional; S = se requiere especial justificación; N = doble sedimentación con coliformes mayores a 20,000 NMP; ** =
Presedimentación.
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SELECCI N DE PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA
REMOVER TURBIEDAD Y COLOR
CUADRO No.4
PROCESOSCARACTERISTICAS DEL AGUA
TURBIEDAD COLOR
SIN
COAGULACIÓN Filtros Lentos 50 < 50
Filtración previa + filtros lentos 50 - 250 50
Sedimentación + filtros lentos 250 - 500 50
Sedimentación + filtración previa + filtros lentos 500 50
Filtros de presión 50 70
Clarificador de contacto 150 150
clarificador de sedimentos suspendidos + filtro rápido 2500 >150
Sedimentación vertical + filtro rápido Opcional <1500 opcional
CON
COAGULACION
Sedimentación horizontal + filtro rápido Opcional <1500 opcional
Filtración ascendente + filtración descendente 250 200
Sedimentación + filtración rápida + filtración lenta (arena - Carbón)Muy contaminada
Sedimentación previa + sedimentación (horizontal/vertical) +
filtración rápidaOpcional <1500 opcional
VARIACIONES DE CONSUMO
En un sistema público de abastecimiento de agua, la cantidad consumida, varía
continuamente en función del tiempo, condiciones climáticas, costumbres de la
población, etc. Hay meses en que el consumo de agua es mayor en las regiones
tropicales, como la costa y el oriente ecuatoriano, sobre todo en los meses de verano el
caudal comienza a bajar, muchas veces hasta secarse, por otro lado, dentro de un
mismo mes, existen días en que la demanda de agua asume valores mayores sobre los
demás.
Durante el día el caudal dado por una red pública varía continuamente, en las horasdiurnas el caudal supera el valor medio, alcanzando valores máximos alrededor de la
mañana y medio día, durante el período nocturno el consumo disminuye por debajo
de la media presentando valores mínimos en las primeras horas de la madrugada.
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VARIACION DE CONSUMO
Q l/s Consumo máximo curva de reserva
Consumo medio
Reserva para incendios
Consumo mínimo
0 6 12 18 24TiempoHoras
Análisis:
a) La gráfica caudal vs tiempo la línea roja corresponde al consumo diario, la azul al
consumo promedio, café es la reserva de incendios, y verde la reserva. La línea de
consumo debe ser suplida por la línea de reserva y se puede apreciar que en los
máximos consumos (6h00 y 18hoo), son suplidos por la reserva, esto quiere decir
a mayor consumo menos reserva y viceversa.
b) En la gráfica se puede apreciar que en las horas 0h00 y 24h00 el consumo es nulo
y llega al máximo consumo en las horas 06h00 y 18h00, quedando el medio día
con un consumo casi al máximo.
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c) El mínimo consumo se produce aproximadamente por la 15hoo y a las 10hoo
llegaría casi al consumo medio.
d) La curva de consumo debe compensar con la curva de reserva. Jamás el consumodebe invadir la línea de reserva para incendios, si esto sucede, el sistema presenta
fallas en el diseño.
Volúmenes de reserva
Garantiza la cantidad de agua requerida por la población en las horas de mayor
consumo, la misma que puede ser almacenada en tanque durante toda la noche y en
horas de menor consumo, por lo tanto su volumen depende del tamaño de la
población. Estos tanques son estructuras construidas de hormigón, ferro cemento, de
forma cuadrada, redonda y cubierto y se ubican generalmente en las partes más altas
de la población.
CAUDALES DE DISTRIBUCION
Las cantidades de agua estarán definidas por los consumos, estimado en base a las
dotaciones de agua determinado conjuntamente con los trabajos de campo, sin
embargo, el análisis de la rede debe contemplar las condiciones más desfavorablespara la aplicación de los factores Kd del caudal máximo diario y Kh del caudal
máximo horario, y en caso de de incendios se considerará la demanda necesaria.
Dependiendo de la ciudad o población y de zonificación del área de estudio las normas
han establecido los criterios a considerar, como son presiones de trabajo mínimas y
máximas que sean capaces de llevar el agua hasta el interior de la vivienda (según la
norma CO 10.7 -602 para zonas rurales presiones mínimas de 7 m.c.a y máximas de
40 m.c.a y para la zona urbana la norma CO 10.07-601 establece presiones mínimas
de 10 m.c.a y máxima de 50 m.c.a con un a presión estática de 70 m.c.a).
Estas presiones son las encargadas de evitar sobrepresiones que causen daño en las
conexiones y permita un servicio eficiente. Con el cumplimiento de mantener las
presiones recomendadas por las normas, se evitaría pérdidas y fugas en redes, que son
los causantes del mal servicio.
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Los diseños de redes en poblaciones y ciudades con topografías irregulares,
(especialmente en la región sierra) es necesario mantener un equilibrio de presiones
mediante estanques, válvulas reguladoras de presión, a fin de poder mantener estaspresiones dentro de los límites máximos tolerables en las redes de distribución.
TIPOS DE REDES
Una vez que se ha ubicado el tanque de almacenamiento en la zona más alta de la
población, puede determinarse el tipo de red de distribución, dependiendo de la
topografía del terreno y vialidad existente. La ubicación de la planta de tratamiento y
el tanque de distribución de agua, debe tener vías de acceso, con un buen patio de
maniobras, con un cerramiento que no permita el ingreso de personas ajenas al
sistema.
Tipo Ramificado
Son redes de distribución construidas por un ramal principal y series de
ramificaciones o ramales que alimenten a pequeñas mallas, este tipo es utilizado
cuando la topografía dificulta la interconexión entre ramales, o también puedegenerarse por la presencia de una vía principal donde el diseño más conveniente
puede ser una arteria central con una serie de ramificaciones. En caso de localidades
donde no se disponga de un plano regulador o que los consumos son homogéneos, los
caudales de distribución por tramo, pueden acreditarse en base a un gasto unitario, lo
que ocurre comúnmente en zonas con densidades homogéneas.
Tipo mallado
Para el diseño de una red de distribución las tuberías deberán estar dispuestas
formando mallas, evitando en todo lo posible de instalar ramales abiertos, cuyo
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cálculo hidráulico será aplicando un método conocido que equilibre presiones en los
nudos, mediante la aplicación de tuberías con diámetros comerciales y para los
ramales de relleno, se aplicará tuberías con diámetros menores o iguales a los de los
circuitos principales. Este tipo de red de distribución es el más conveniente y trataráde lograrla interconexión de tuberías a fin de crear un circuito cerrado, que permite
un abastecimiento continuo y permanente.
En el dimensionamiento de una red mediante malla cerrada, trata de encontrar el
caudal de circulación de cada tramo, basados en la hipótesis de los caudales estimados
en cada nudo. Cada circuito de la malla, deberá tener en lo posible, un perímetro de
500 m 2,000 m.
Resulta ventajoso hacer divisiones por zonas tratando de reunir aquellas personas que
por sus características homogéneas o similares producen el mismo gasto, tomando en
cuenta la densidad actual y el posible incremento futuro. Un cuadro de resumen como
el que se presenta en el ejemplo a continuación, permitirá ordenar nuestro análisis en
red (tomado del ejemplo analizado).
CUADRO DE OFERTA Y DEMANDA ACTUAL Y FUTURA
ZONAPOBLACION
(hab)
DOTACIONNETA
(l/hab.*día)
CAUDALES DE DISEÑOcmd CMD CMH CMD+I
l/seg. l/seg. l/seg. l/seg.
1 2889 98,94 3,31 4,63 7,61 7,802 2629 183,84 5,59 7,83 12,86 10,713 3962 199,13 9,13 12,78 21,00 17,124 3733 273,32 11,81 16,53 27,16 20,62
TOTA 11173 189,56 24,51 34,32 56,38 46,56
Una vez que obtenemos el cuadro de oferta y demanda futura, procedemos a la
distribución del caudal para cada zona, en el presente caso no está considerado el
caudal de incendios puesto que la población no alcanza el límite recomendado por la
norma, sin embargo para dar cumplimiento a la recomendación de cotejar entre el
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caudal máximo horario y el de diseño caudal máximo horario más incendio, la única
manera de comparar sería con un plano donde se grafique las dos curvas de presiones.
Tratamiento y Reserva
Sector No. 1 Sector No. 2
Sector No. 3 Sector No. 4
Nodo CNH que queda
Perímetro sectorial
Red principal con circuito cerrado
R
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En este caso se graficará únicamente el caudal máximo horario, que es la únicamanera de verificar que toda la población tenga la suficiente presión de trabajo y
pueda llegar el agua.
El cálculo de la malla principal, podrá realizarse por cualquier método aplicable. Si se
emplea cualquier otro método nuevo, el proyectista deberá adjuntar los cálculos en
una memoria explicativa y la bibliografía de soporte, la velocidad dentro de la tubería
deberá, en lo posible, mantenerse alrededor de 1.5 m/s, el error de cierre en los
circuitos, será como máximo 0.5 m
SISTEMAS DE ALCANTARILLADO
Estos sistemas se basan en la recolección de las aguas servidas y las aguas lluvias las
mismas que tienen que ser separadas mediante dos redes, toma un peso
preponderante la atención de los sistemas de recolección y disposición de las aguasservidas de tipo doméstico, procurando aislarlas del contacto humano y
disminuyendo los riesgos a daños y enfermedades.
Dada la importancia que estos sistemas representan para el bienestar y salud, a
continuación se tratará de poner en práctica las experiencias logradas a través de los
años en diseño de los sistemas de alcantarillado sanitario, utilizando los criterios
técnicos basados en las normas de diseño elaborado por el ex IEOS.
Los desechos líquidos de un núcleo urbano, están constituidos, fundamentalmente,
por las aguas de abastecimiento después de haber pasado por las diversas actividades
que realiza la población. Estos desechos líquidos, se componen esencialmente de
agua, más sólidos orgánicos disueltos y en suspensión. Existe la norma oficial
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ecuatoriana CO 10.07 -601 para el sector urbano y CO 10.07-602 para el sector rural,
que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de
aguas residuales hacia los cuerpos receptores, sin embargo las municipalidades
encargadas del saneamiento, no siempre cumplen con las recomendaciones de lanorma, vertiendo substancias que son peligrosas en un alcantarillado, por lo que se
debe tener especial cuidado en eliminar este tipo de substancias. Además, muchos de
estos sistemas fueron diseñados para aceptar aguas servidas, pero con el tiempo se
han convertido en sistemas combinados. El encauzamiento de aguas residuales,
evidencia la importancia de aplicar lineamientos técnicos, que permitan elaborar
proyectos de alcantarillado económicos, eficientes y seguros, considerando que deben
ser auto limpiantes, auto ventilantes e hidráulicamente herméticos. Los lineamientos
que aquí se presentan, son producto de la recopilación normas técnicas elaboradas
por el ex IEOS y aplicadas en el País. Como en todo proyecto de ingeniería, para el
sistema de alcantarillado, se deben plantear las alternativas necesarias, definiendo a
nivel de esquema las obras principales que requieran cada una de ellas.
Se deben considerar los aspectos constructivos y los costos de inversión para cada una
de las alternativas. Se selecciona la alternativa que asegure el funcionamiento
adecuado con el mínimo costo. Para determinar la alternativa más óptima, serealizará un análisis técnico, tomando en consideración la población a servirse, el área
disponible, los recursos económicos, la cultura y costumbres de su gente y la
disponibilidad de mano de obra calificada.
BASES Y PARAMETROS DE DISEÑO
El término de alcantarillado sanitario se refiere a aquellas aguas que contienen
excretas o han sido contaminadas por éstas y aguas servidas generalmente se emplea
para definir aquellas aguas que han sido usadas para fines domésticos como lavado de
ropa, fregado, higiene personal. Todas estas aguas que son descargadas de las
viviendas hacia el exterior de las mismas, reciben la determinación de aguas negras,
puesto que han sido mezcladas con las aguas con contenido de excretas. En sistemas
nuevos el proyectista de las urbanizaciones ya debe contemplar todos estos servicios,
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caso contrario de asentamientos existentes, es necesario tomar en consideración tres
condiciones importantes para su diseño.
1. Que la población tenga una cobertura de agua potable del 100 %2. Que sus calles estén completamente definidas
3. Que exista una concentración de viviendas de por lo menos un 80
%
Caso de no cumplir con estos requisitos, el proyectista se verá en la necesidad de
aplicar otro tipo de saneamiento, con soluciones individuales o que puede ser de tipo
mixto (redes y UBS).
Para el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario, aplicaríamos las mismas
bases de diseño, determinadas para la provisión del servicio de agua potable, con la
aplicación de las mismas características, como son
Nivel de servicio
Período de diseño
Población de diseño
Análisis de la oferta y la demanda
Caudales de diseño
Caudales de diseño
El caudal de aguas residuales de una población está compuesto por los siguientesaportes:
Aguas residuales domésticas.
Aguas residuales industriales, comerciales e institucionales (No se toma en cuenta, senecesita pre-tratamiento)
Aguas de infiltración
Conexiones ilícitas (Provienen de las viviendas, lluvias, techos, etc.)
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CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
Se calcula de acuerdo con la expresión:
86400
A DC CR
Q
En donde; Q = caudal medio de aguas residuales domésticas, l/s;CR = coeficiente de retorno (70 -80 %) (Que llega del agua potable)
= ∗
86400∗ (70 80%)
C = consumo neto de agua potable, l/hab.*día, (dotación)D = densidad de población de la zona hab./ha,
A = área de drenaje de la zona, Ha
COEFICIENTE DE RETORNO
Este coeficiente tiene en cuenta el hecho de que no toda el agua consumida dentro deldomicilio es devuelta al alcantarillado, en razón de sus múltiples usos como riego, lavadode pisos, cocina y otros. Sólo un porcentaje del total de agua consumida se devuelve alalcantarillado. Este porcentaje es el llamado “coeficiente de retorno”.
CONSUMO DE AGUA POTABLE
Utilizaríamos el mismo concepto aplicado para los sistemas de agua potable “Ladotación de agua se puede definir como la cantidad promedio que una persona
necesita, para subsistir diariamente y cubrir todas sus necesidades y esta viene dado
en litros por habitante y por día.
DENSIDAD
Este es un tema muy importante para los diseños de sistemas de alcantarilladossanitarios ya que de esto dependen los caudales de aporte de cada zona.
AREAS DE DRENAJE
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De acuerdo con el plano topográfico de la población y el trazado de las tuberías seobtendrán las áreas parciales de aporte.
CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Cuando un a población o ciudad existen industrias potencialmente activas, seránecesario que las mismas, antes de descargar a los colectores de las redes principales,realicen un pre tratamiento de estas aguas.
CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES COMERCIALES
De la misma manera, caso de existir este tipo de descargas, las instituciones comercialesserán las obligadas de remitir un caudal pre tratado.
CAUDAL DE AGUAS RESIDUALES INSTITUCIONALES
Por lo general a estas aguas se los considera como aguas servidas, de tipo domésticopuesto que proviene del uso de oficinas.
CAUDAL MEDIO DIARIO DE AGUAS RESIDUALES
El aporte medio diario al alcantarillado sanitario resulta de sumar los aportesdomésticos con los comerciales e institucionales a que haya lugar.
CAUDAL MAXIMO INSTANTANEO DE AGUAS RESIDUALES
El caudal de diseño de la red de colectores debe contemplar el caudal máximoinstantáneo. Este caudal se determina a partir de la simultaneidad con que utilizan losservicios sanitarios y es aplicable únicamente para el diseño de la tubería.
El factor de mayoración empleado para los estudio corresponde a la siguiente ecuación.
073325,0
228,2
Q K
Si Qmed <4 l/s => K = 5
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CAUDAL DE INFILTRACION
El caudal de infiltración es producido por la entrada del agua que se encuentra pordebajo del nivel freático del suelo a través de las uniones entre tramos de tuberías, de
fisuras en el tubo y en la unión con las estructuras de conexión como los pozos deinspección. Cuando los diseños de redes son aplicados con tubería plástica, este caudales despreciable, puesto que los conductos son herméticos, por lo tanto no se consideracomo aporte.
Para aplicar en tuberías de hormigón simple:Tuberías perforadas:
Áreas de 10 a 5,000 Ha => = 67.34 ∗ −.
Áreas < 40.5 Ha => = 48.5 3//í
Sistemas nuevos:
Área = 40.5 a 5,000 Ha => = 42.51 ∗ −.
CAUDAL DE CONEXIONES ERRADAS
El aporte de caudal por conexiones erradas en un alcantarillado sanitario proviene enespecial de las conexiones que equivocadamente se hacen de las aguas lluviasdomiciliarias y de conexiones clandestinas, son aguas provenientes de los patios ytechos de las casas se considera.
= 80 /ℎ ∗ í
CAUDAL DE DISEÑO
Corresponde a la suma del caudal máximo horario (aporte doméstico, comercial einstitucional), caudal de infiltración y caudal de conexiones erradas.
= + + + +
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OTRAS ESPECIFICACIONES DE DISEÑO
DIAMETRO MINIMO
Conforme lo establecido en las “Normas de Diseño de Sistemas de Alcantarillado de
abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos líquidos en el área
urbano o rural”, el diámetro interno real mínimo permitido en redes de sistemas de
recolección y evacuación de aguas residuales tipo alcantarillado sanitario
convencional es 200 mm., con el fin de evitar obstrucciones de los conductos por
objetos relativamente grandes introducidos al sistema.
VELOCIDAD MINIMA
Es usual que cuando la tubería trabaja con caudales menores que el caudal de diseño,
se presente sedimentación de los sólidos transportados en las aguas residuales. Con el
objeto de lograr la re suspensión del material sedimentado, se debe diseñar una
tubería con características de “auto limpieza”, definida según criterios de velocidad
mínima y esfuerzo cortante mínimo. La velocidad real mínima recomendada para
alcantarillados convencionales que transportan aguas residuales con predominio deaportes domésticos es de 0,45 m/s.
ESFUERZO CORTANTE
Se debe calcular el esfuerzo cortante mínimo con el objeto de verificar la condición de
auto limpieza de la tubería con las condiciones iniciales de operación del sistema. Se
define su valor como:
= RS
En donde:
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esfuerzo cortante medio, N/m2 peso específico del agua residual, 9,81 KN/m3 R radio hidráulico de la sección de flujo, m
S pendiente de la tubería
El valor mínimo recomendado es de 1,0 N/m2.
VELOCIDAD MAXIMA
Para evitar que en las tuberías se produzcan erosiones, es necesario tomar en cuenta
que la velocidad no supere las recomendadas por la norma.
MATERIAL VELOCIDADMAXIMA
COEFICIENTGERUGOSIDAD
Hormigón simple- Con unión de mortero- Con unión de mortero
para niveles freáticosaltos
Asbesto cementoPlástico
4.00
2.5-4.00
4.5-5.004.5
0.013
0.013
0.0110.011
La velocidad máxima real no debe sobrepasar los 5 m/s.
PENDIENTE MINIMA
El valor de la pendiente mínima del colector debe ser aquel que permita tener
condiciones de auto limpieza y de control de gases adecuadas.
La pendiente mínima depende la velocidad de auto limpieza, pero no puede excederse
del 1.00 %o. (Para tuberías PVC de 200 mm se necesita una pendiente mínima de 4%)
PENDIENTE MAXIMA
El valor de la pendiente máxima admisible es aquel para el cual se tenga una
velocidad máxima real
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PROFUNDIDAD HIDRAULICA MAXIMA
Para permitir aireación adecuada del flujo de aguas residuales, el valor máximo
permisible de la profundidad hidráulica para el caudal de diseño en un colector, elperalte debe estar entre 70 % y 85 % del diámetro real de este.
PROFUNDIDAD MINIMA A LA COTA CLAVE
La profundidad de las tuberías de la red del alcantarillado debe ser tal que permita el
desagüe por gravedad de las conexiones domiciliarias. Se recomienda un valor
mínimo de 1,20 m, ya que de acuerdo a la recomendación de la norma, las tuberías dealcantarillado sanitario deberán estar por lo menos 20 cm de las redes de agua
potable. Y si consideramos que las redes de agua potable van a profundidades de 1.00
m entonces resulta ventajoso que las redes de alcantarilla estén a 230 cm más bajos.
También es necesario tomar en cuenta que la caja de revisión se encuentra a una
profundidad de 0.80 cm en el mejor de los casos y que las viviendas en muchos casos
se encuentran ubicadas a distancias mayores de 20 m de la calle, llegando a
profundizarse las tuberías de descarga.
La profundidad máxima es de 5 metros
PROFUNDIDAD MAXIMA A LA COTA CLAVE DE LA TUBERIA
La máxima profundidad de las tuberías es del orden de 5 m, aunque puede ser mayor
siempre y cuando se garanticen los requerimientos geotécnicos de las cimentaciones y
estructurales de los materiales y tuberías durante y después de su construcción.
CALCULO HIDRÁULICO DE LA RED DE ALCANTARILLADO SANITARIO
Una vez definido el caudal y otras especificaciones de diseño, se prosigue con el
cálculo hidráulico de la red de colectores, considerando lo siguiente:
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Cálculo en base a las Normas de diseño de SISTEMAS DE ABASTECIMIENTODE AGUA POTABLE Y DISPISICIÓN DE ESCRETAS Y RESIDUOSSÓLIDOS EN EL ÁREA RURAL Y URBANA de la Subsecretaria de Servicios Agua Potable y Saneamiento del MIDUVI.
El empate de los colectores en los pozos se realizará con 3 cm de diferencia desalto entre la entrada y salida; por lo tanto la caída en el pozo es de 3 cm.
La profundidad mínima de los pozos de cabecera es de 1,20 m.
Los resultados finales del diseño, los cuales se obtuvieron con la aplicación de las
recomendaciones de las normas deberá lograr una solución que satisfaga y optimice el
diseño, estos valores se presentarán en hojas electrónicas debidamente justificadas. A
continuación se indican las ecuaciones empleadas en el cálculo de la redes de
alcantarillado sanitario
PARAMETRO ECUACION
Diámetro teórico de la tubería8/3
2/1548,1
S
nQ D
Caudal a tubo lleno
n
S DQo
2/13/8
312
Velocidad a tubo lleno
A
QV oo
Relación entre el caudal de diseño y elcaudal a tubo lleno
oQ
Q
Velocidad real en la sección de flujo:
A
Q
V
V
V o
o
Altura de velocidad: g
V
2
2
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Radio hidráulico para la sección de flujo:
40
D
R
R R
Esfuerzo cortante medio: RS
Altura de la lámina de agua: D
D
d d
Energía específica:
g
V d E
2
2
Profundidad hidráulica en la sección de
flujo: D D
H
H
Número de Froude:
gH
V NF
ELEMENTOS HIDRAULICOS DE UNA SECCION CIRCULAR
Y
D
T
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OTROS ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO
POZOS DE REVISION
Se colocaron pozos de revisión en todo cambio de pendiente, diámetro, alineación y
en aquellos sitios en los cuales la topografía lo requería.
La distancia máxima entre pozos de revisión será de 100m. por cuestión de operación
y mantenimiento de las redes.
POZOS DE SALTO
Se acepta pozos de salto interior libre hasta desniveles menores a 0.75 m.
CONEXIONES DOMICILIARIAS
Las conexiones domiciliarias serán de 150 mm de diámetro y se instalarán con una
pendiente mínima del 2% hacia la red de alcantarillado.
La profundidad de la conexión en la línea de fábrica será 0,60 m o mayor.
Los empalmes de las conexiones domiciliarias con las tuberías se harán mediante
ramales a 45º que desemboquen en la parte superior de la colectora, en el mismo
sentido del flujo.
Las conexiones domiciliarias pasarán por debajo de las tuberías de distribución de
agua potable por lo menos a 0,20 m. Cuando no se pueda satisfacer este requisito,
se deberá realizar una envoltura de hormigón al tramo de la conexión domiciliaria.
RESDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO
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La red de recolección de aguas servidas de tipo domestico, están constituidas por un
conjunto de tramos en los que se puede distinguir un colector principal el cual recibe
los aportes de una serie de colectores secundarios que, de acuerdo a la topografía del
terreno sirven a todos los sectores de la zona de proyecto. El colector principal es elque recibe la mayor cantidad de descargas domiciliarias de las aguas servidas que se
conectan directamente con los ramales secundarios y a partir del último pozo hasta el
sitio de descarga, hasta el sitio de descarga en la planta de tratamiento o en su curso
superficial, toma la denominación de emisario
REDES DE ALCANTARILLADO SANITARIO
Ramales secundarios
100
99
98
Pozos
99
100
97
96
95
94
Ramal principal Emisario
Cuerpo receptor
Planta de tratamiento
La planta de tratamiento debe estar a 500 metros como mínimo de la última
vivienda según la norma, pero según el medio ambiente, 2000 metros.
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En el esquema podemos distinguir que la línea roja corresponde a la red principal de
alcantarillado sanitario, las líneas negras corresponden a colectores secundarios, la
línea verde corresponde al emisario, y la descarga al cuerpo receptor previos al
tratamiento
Diseños definitivos.- etapa final del estudio donde deben reunirse todos los
detalles de las unidades componentes del sistema proyectado, los mismos que
deberán ser descritos en memorias técnicas, justificadas con cálculos estadísticos,
hidráulicos, sanitarios y estructurales, tomando como base las recomendaciones de
los estudios preliminares, mecánica de suelos , hidrológicos, caracterización de la
calidad del agua, proyecciones poblacionales, categorización del sistema, que serán
plasmados en planos para construcción.
DETERMINACIÓN DEL TIPO DE TRATAMIENTO
De los reportes de la caracterización de la calidad del agua se puede determinar el tipo
de tratamiento de las aguas claras como de las aguas negras, los análisis físicos
químicos de las aguas se representan en los siguientes cuadros.
Para tratar aguas servidas de tipo doméstico evacuadas desde las viviendas, se
considera en base al número de habitantes
POBLACION
ATENDIDA
(HAB)
FOSAS
SEPTICAS
TANQUE
IMHOFF O
RAFA
ESTACIONES
COMPACTAS
LAGUNAS
FOTOSINTETICAS
LAGUN.
AEREADAS
PROCES.
BIOLOG.
CONVEN.
HASTA
10
X - - - - -
10-500 X X X X - -
500-5,000 - X X X - -
5,000 –
20,000
- X X X X -
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20,000
100,000
- - - X X X
MAYOR
A100,000
- - - - - X
EFICIENCIAS APROXIMADAS EN LOS INDICADORES DE POLUCIÓN
MODALIDADES DE TRATAMIENTO
DBO5
(%)
SS (%)(Sólidos en
suspensión)
FOSA S PTICA 30 60
FOSA S PTICA + FILTRO ANAEROBIO DE FLUJO
ASCENDENTE70 – 80 60
TANQUE INHOFF (RAFA) 50 – 70 65 – 80
TANQUE INHOFF + ADICIONAMIENTO
DE PRODUCTOS QUÍMICOS40 – 70 70 – 80
TANQUE INHOFF + LAGUNA DE PULIMENTO
RAFA + LAGUNA DE PULIMENTO80 – 95 80 – 90
LAGUNA DE ESTABILIZACI N FOTOSINT TICA 80 – 90 70 – 80
LAGUNAS AEREADAS DE ESTABILIZACI N 80 – 95 80 – 90
ESTACIONES COMPACTAS DE LODOS ACTIVADOS 80 – 95 80 – 95
VIABILIDAD ECONOMICA
El análisis de la viabilidad económica pretende determinar la racionalidad de las
transferencias desde este punto de vista. Para ello es necesario definir el costo de la
solución óptima, entendiéndose como tal, la que minimiza el costo referencial de
todas las demandas alternativas, a partir de las fuentes identificadas en los análisis
anteriores, comprobándose que ese valor es compatible con la racionalidad económica
de la solución mediante el correspondiente análisis costo-beneficio y, por último,
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verificar que las demandas a satisfacer presentan capacidad de pago suficiente para
afrontar el costo unitario resultante del agua potabilizada.
En muchas ocasiones, los recursos de los que se dispone para evaluar la viabilidad
económica vienen determinados por los que produce el propio sistema, proyecto o
idea que se está evaluando, por lo que en realidad se lleva a cabo un análisis de
rendimiento o rentabilidad interna. A más de estas condiciones en el análisis
económico del proyecto, para lograr su auto sustentabilidad y auto sostenibilidad, es
necesario que la tasa interna de retorno TIR y el valor agregado neto VAN sean
equilibrados de una manera positivamente estos elementos entre el TIR y VAN social
con el privado, de tal manera que cumplan con los objetivos establecidos, con el costoeficiente y deben sobrepasar en calidad, cantidad y otros aspectos relacionados a
sistemas actuales, esto significa mejorar la calidad de vida de los habitantes mediante
un sistema adecuado.
El VAN y el TIR deben ser positivos
Es cierto que el costo de inversión no compensa con el costo del servicio, pero este se
logra equilibrar con el costo social, puesto que un servicio de agua potable o
alcantarillado, mejora las condiciones de vida del ser humano, y existe un ahorro encuanto a salud, ya que una persona evitaría el pago de movilización para hacerse
atender, ahorro de la consulta médica y los medicamentos. Naturalmente, la
determinación de la viabilidad técnica del proyecto consiste en demostrar que se
puede hacer lo que se quiere hacer y que además, funciona. En este sentido dentro del
estudio se deberá dedicar un esfuerzo específico a demostrar que el nuevo diseño del
servicio de agua potable o alcantarillado, es susceptible de ser realizado como se
determinó en los estudios técnicos con los costos estimados.
Para la estimación de la viabilidad económica debemos tener en cuenta:
- El plan de inversión inicial y las estimaciones de necesidades futuras.
Deberá incluir las estimaciones sobre la vida útil de dichas inversiones, es
decir, las decisiones sobre las amortizaciones técnicas o económicas.
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- Las fuentes financieras disponibles inicialmente, así como las que se puedan
utilizar más adelante. Esto incluye los costes financieros de la deuda y
los plazos de amortización de ésta (amortización financiera).
- El cobro de tarifas de cada uno de los años que prestará el servicio, con elnivel de detalle pertinente.
- Las previsiones de costos. Adicionalmente, se deberán clasificar
convenientemente dichos costos, separando los llamados costos variables o
proporcionales, de los costos fijos, para facilitar el análisis de algunos aspectos
específicos como el punto de equilibrio.
- Las cuentas de pérdidas y ganancias (o de resultados) que se prevén
para el mismo período.
- El cálculo del punto de equilibrio, a partir del cual esta comienza a obtener
beneficios.
Consideraremos que un proyecto es viable económicamente cuando, una vez
conseguida su capacidad de producción, es capaz de obtener de su actividad,
deducidos todos sus costes, un excedente suficiente para hacer frente al costo de su
deuda y a la financiación de una parte de su crecimiento.
VIABILIDAD AMBIENTALEl análisis de la viabilidad ambiental trata de verificar si las afecciones, caso de que
existan, originadas por la captación en la cuenca de origen, por el transporte en las
cuencas de tránsito y por las entregas en las de destino son, en principio,
ambientalmente asumibles. Se trata únicamente de una primera aproximación, que
en modo alguno sustituye al procedimiento de evaluación de impacto ambiental
establecido en la legislación vigente, que deberá llevarse a cabo en fases posteriores
sobre la solución finalmente propuesta.
A partir del análisis de la viabilidad hidrológica se está ya en condiciones de estudiar
las detracciones y las entregas desde el punto de vista ambiental, pero no así el
transporte, que requiere definir previamente el trazado de la conducción que permite
la conexión entre ambas.
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Este proceso de definición de trazados ha sido reflejado en el volumen de Análisis de
antecedentes y transferencias planteadas de la Documentación Técnica , mientras que
los análisis ambientales propiamente dichos, se han recogido en el volumen del
mismo nombre.
La primera tarea del análisis de trazados ha consistido en identificar todas las
posibilidades de conexión entre las fuentes y las zonas de demanda. Para ello se
deberá realizar una exhaustiva revisión de todas las alternativas planteadas,
aprovechado así todos los trabajos anteriores. Primero tratemos de definir lo que es
medio ambiente.
Medio ambiente
Dar un concepto de medio ambiente resulta un tema demasiado difícil por su gran
amplitud, una buena manera de definirlo sería que medio amb iente “Es todo
aquello que se encuentra en nuestro entorno”.
El medio ambiente está compuesto por dos elementos básicos: elementos bióticos y
elementos abióticos. Los elementos bióticos están constituidos por los seres vivos (lasplantas, los animales y el hombre) y los elementos abióticos son los que se aprovechan
los seres vivos para su supervivencia (el aire, el suelo y el agua), aunque hay ciertos
autores que consideran la energía solar como otro elemento.
Partiendo de estos conceptos la contaminación ambiental vendría a contribuir el daño
que se provoque a los elementos agua suelo y aire, de tal manera que si incitamos a
infectar estos elementos, estaríamos apoyando a la contaminación del medio
ambiente, pero en este caso si tenemos un buen sistema de agua potable o un buen
sistema de alcantarillado, se tornaría como impactos positivos que mejoran la calidad
de vida de la población. Dentro del proceso de ejecución de un sistema sea de agua
potable y/o alcantarillado, más bien estaríamos contribuyendo para evitar la
contaminación de las aguas, por lo tanto aquí cabe realizar un plan de manejo
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ambiental únicamente en la etapa que provocaría impactos negativos pero que a su
vez no son irreversibles y estaríamos hablando de la etapa de construcción.
Plan de Manejo Ambiental
Se denomina plan de manejo ambiental PMA al plan que, de manera detallada,
establece las acciones que se requieren para prevenir, mitigar, controlar, compensar y
corregir los posibles efectos o impactos ambientales negativos causados en el
desarrollo de un proyecto, que incluye también los planes de seguimiento, evaluación
y monitoreo y los de contingencia. El contenido del plan puede estar reglamentado en
forma diferente para cada proyecto que se requiera implantar en el país, Un sistema
de agua potable o un sistema de alcantarillado sanitario, no produce daños
irreversibles, como la explotación petrolera, la minería o la apertura de vías que
producen impactos negativos irreversibles, a los tres elementos que ya detallamos:
agua, suelo y aire, pero si somos consientes de que un sistema de agua potable o
alcantarillado produce impactos negativos en la etapa de construcción, pero que estos
son momentáneos, hasta que dure esta etapa.
Estos impactos podemos mitigar o dar solución mediante plan operativo quecontempla la ejecución de prácticas ambientales, elaboración de medidas de
mitigación, prevención de riesgos, de contingencias y la implementación de sistemas
de información ambiental para el desarrollo de las unidades operativas y garantizar
que se alcancen estándares recomendados. El objetivo del PMA es prevenir, eliminar,
minimizar y mitigar los impactos que afecten al ambiente, así como brindar
protección a las áreas de interés humano y ecológico, ubicadas en las áreas de
influencia del proyecto.
DISEÑOS DEFINITIVOS
Una vez que hemos obtenido la alternativa óptima que más se adapte a las
características socio económicas de la población, bajo las condiciones de viabilidad
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técnica, viabilidad económica y viabilidad ambiental, se procede a la elaboración de
los diseños definitivos que es la fase final del estudio y consiste en la preparación de
un resumen ejecutivo de las fases anteriores (estudio de pre factibilidad y estudio de
factibilidad) mediante memorias que contengan la siguiente información:
Característica del nivel del sistema. Encuesta sanitaria Estudios elementales de mecánica de suelos, con la capacidad portante
en los sitios de implantación de las unidades. Estudios hidrológicos de la fuente Características de la calidad del agua Análisis de los sistemas existentes. Evaluación técnica. Cálculos hidráulicos, sanitarios y estructurales. Análisis económico (TIR y VAN) Especificaciones técnicas de construcción, materiales y equipo Estudios ambientales Manual de operación-mantenimiento Estudios Tarifarios Presupuestos y análisis de costos unitarios. Cronogramas de actividades, fórmula polinómica y cuadrilla tipo Planos arquitectónicos, estructurales y detalles con firma y número de
licencia del profesional responsable (ingeniero civil), en formato A1.
REFERENCIAS
SIMON AROCHA R. Abastecimiento de Agua, teoría y diseño Ediciones Vega s.r.i
Caracas noviembre de 1977.
SIMON AROCHA RAVELO Cloacas y Drenajes Teoría y Diseño Ediciones Vega s.r.i
Caracas abril de 1983.
MELGUIZO B., Samuel. Fundamentos de Hidráulica e Instalaciones de abasto en las
edificaciones. Centro de Publicaciones Universidad Nacional Medellín 1994.
Quinta edición, primera parte, pág. 165, 318-326.
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ACEVEDO A., Antonio Caso. Manual de Hidráulica. Prensa Técnica S.A. México 1976.
Págs. 482-485.
Manual técnico del agua. SAE depuración de agua degremunt
ACODAL., Jorge Arboleda Valencia, Teoría y Práctica de la Purificación del Agua.- Un
manual publicado por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y
ambiental.
TECNICAS BASICAS DE INGENIERIA., MELCALF-EDDY. Tratamiento y depuración
de las aguas residuales, Este libro está destinado a los estudiantes de ingeniería
sanitaria de América latina y se publicó dentro del programa de educación de la
Organización Mundial de la Salud
NORMA PARA ESTUDIO Y DISEÑO DE SISTEMAS DE AGUA POTABLE Y
DISPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALES PARA EL SECTOR URBANO Y RURAL CO-
10.7-07-601 Y CO-10.7-602 respectivamente, publicada en registro oficial N0. 6 del 18
de agosto de 1992.