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INTRODUCCION En este trabajo se presentara el diseño de un acueducto para el municipio de Guaitarilla, para lo cual fue necesario realizar una investigación con el fin de determinar el estado de suministro de agua potable que existe en la población y para atender una de las demandas más sentidas de la comunidad, el abastecimiento de agua potable. Para la realización del diseño es necesario cumplir con los parámetros establecidos en la Norma RAS 2000 y con sus especificaciones para lograr un diseño optimo. Un ACUEDUCTO es toda aquella obra destinada al transporte de agua entre dos o más puntos. Esta obra incluye tanto al medio físico a través del cual el fluido será transportado (tuberías, canales, etc.) como a todas las obras adicionales necesarias para lograr un funcionamiento adecuado de la instalación (Estaciones de Bombeo, Válvulas de todo tipo, Compuertas, Reservas, etc.). Como primer procedimiento se diseña la captación es necesario tener los datos de consumo de agua según el número de habitantes que utilizan el servicio; teniendo estos datos se puede desarrollar los diferentes componentes de la captación. Para desarrollar este sistema de abastecimiento es necesario tener en cuenta varios parámetros hidráulicos importantes como el número de Froud, Reynolds, las ecuaciones de Hardy Cross, Willian Hazen, Manning, etc. Luego se diseña la aducción y conducción que son componentes necesarios para transportar el agua desde la captación hasta la red de distribución, los acueductos pueden funcionar “A PRESIÓN” (en tuberías cerradas) o bien “A SUPERFICIE LIBRE” (a través de canales o tuberías parcialmente llenas), en todos los sistemas se debe tener en cuenta las pérdidas generadas por fricción y por accesorios, las cuales causan una disminución en el caudal del agua. Se utiliza el desarenador para remover las partículas que contiene el agua captada por la bocatoma para conducirla al tanque donde es almacenada por un periodo de tiempo y abastecer la demanda de agua en la población mediante un sistema de distribución dotando de agua a todos los consumidores del municipio.
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1. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
1.1. RESEÑA HISTORICA
Guaitarilla es un municipio encontrado sobre la cordillera occidental, a la margen izquierda del río que baña su territorio. Fundado en 1.676 por los padres jesuitas Mariano Ontaneda y José Arizaga, esta población es reconocida históricamente por ser uno de los primeros sitios que en época independentista, reclamó justicia y libertad. Guaitarilla cuna de gente de espíritu progresista. Lo que hoy se llama Guaitarilla, estuvo habitado antes del descubrimiento de América, por las tribus de los Pastos, limitados por el Río Guáitara. Quienes lo conquistaron en 1536 fueron Sebastián de Belalcázar, el Capitán Francisco Hernández Girón, siendo el principal poblador de este territorio Don Alonso de Cepeda y Ahumada, primo de Santa Teresa de Jesús. Luego aparecen los padres mercedarios José Arizaga y Mariano Ontaneda, provenientes de Quito, quienes fundaron a Guaitarilla a fines del siglo XV. Mediante Ley 28 del 8 de junio de 1846, Guaitarilla quedó comprendida dentro de la Provincia de Túquerres. En 1849, la Cámara Provincial de Túquerres creó el distrito de Guaitarilla y señaló como cabecera la población del mismo nombre. Se cree que el nombre de Guaitarilla proviene del Río Guáitara, cuyo significado debemos buscar en la lengua Quechua y Aimara que utilizaron los Incas del Perú; según esto Guaitarilla significa: Guata -Florida, Ri -Partícula de un verbo, Lla -Solo o sola. De tal manera que gramaticalmente Guaitarilla con su versión castellana equivale a: Sólo florido o Cesta de Flores. Guaitarilla escribió una página histórica de importancia el primer año del siglo XIX, "cuando en mayo de 1800, compartió con Túquerres el ser los centros de la insurrección indígena antico- lonial contra los abusos de los hermanos Rodríguez Clavijo" (Lydia Muñoz Cordero). Fue éste un levantamiento popular espontáneo. El domingo 18 de mayo de 1800, una vez celebrada la misa por el párroco, quiso el sacerdote preparar los ánimos para leer el decreto y para ello inició una plática en la que habló de los deberes de los ciudadanos, de la voluntad de Dios, etc.; y quiso leer el famoso decreto de recudimiento de diezmos. Bastó este anuncio para que todos los fieles hombres y mujeres se pusieran a gritar dentro de la iglesia y a protestar. El sacerdote se empeñaba en cumplir la orden que había recibido del provisor del Obispado y leer el decreto. Algunos se salieron de la iglesia y desde afuera proferían amenazas contra los hermanos Rodríguez Clavijo. De pronto dos mujeres, Manuela Cumbal y Francisca Aucú, subieron al presbiterio en donde estaba el Señor Párroco, le arrebataron de las manos el papel de recundimiento de diezmos y salieron de la iglesia dando gritos, detrás de ellos salió todo el pueblo gritando contra los clavijos a quienes suponían autores del decreto, sin que en verdad lo fueran ya que el mencionado decreto provenía de la Real Audiencia de Quito. Concientizados los pueblos vecinos se reunieron en Túquerres donde ultimaron a los
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hermanos clavijos y terminó esta insurrección. Dos años más tarde, el 12 de noviembre, fueron sentenciados a muerte y otros al destierro, siendo los primeros despedazados en la plaza principal de Pasto y repartidos sus restos a los diferentes lugares para que sirvieran de escarmiento a los futuros revoltosos.
1.2. Geografía
El municipio de Guaitarilla pertenece a la región occidental andina cuyo centro de desarrollo es Túquerres. Límites y localización
La distancia a Bogotá es de 980 km. Con una altitud de 2.701 msnm. En el departamento de Nariño, se ubica en el sector sudoriental. Por carretera de Pasto a 64 km, de Túquerres unos 16 km. El término municipal posee 121 km².
Límites
al norte Ancuya al nororiente Consacá, aguas abajo del Rio Guaitara al occidente con Samaniego y Providencia al oriente con Imués al Sur con la ciudad de Túquerres.
Su altura sobre el nivel del mar es de 2.650 metros, la temperatura media es de 14 grados centígrados, el área municipal es de 131 kilómetros cuadrados y una precipitación media anual de 1.140 milímetros. Su relieve forma parte del Nudo de Los Pastos, por lo que una parte es montañosa y cuenta con grandes extensiones planas. Sus tierras presentan pisos térmicos templados, fríos y páramos; lo baña el Río Guáitara y varias corrientes menores como las quebradas Guaramuez, Bazal, Chorillo, Ahumada, Guacal y San Benito. Delgado y Jojoa (1994, p18) menciona que astronómicamente el municipio se encuentra a 1º 09` 39” de latitud norte y 77º32`2” de longitud oeste de Greenwich; a 2500 m.s.n.m. La distancia que separa al municipio de la capital (Pasto) es de 73 Km.
1.3. Economía
Los 26.876 habitantes del municipio de Guaitarilla tienen basada su economía en la agricultura y ganadería, siendo el primer productor de trigo y segundo de maíz en Nariño, distribuyendo sus siembras así: trigo 3.050 Ha, maíz 3.300 Ha, fríjol 950 Ha, papa 220 Ha, y en el sector pecuario cuenta con 2.448 cabezas de ganado vacuno de las cuales 1.688 producen un promedio de 6.752 litros de leche diarios.
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1.4. Viviendas.
Según el censo sanitario de 2.009, el perímetro urbano cuenta con 869 viviendas, en condiciones buenas y regulares de infraestructura: Las viviendas en condiciones buenas son aquellas que por lo general se encuentran en el centro de la ciudad, construidas con materiales de concreto; las viviendas en regular estado, se ubican en la parte perimetral, son construcciones en ladrillo y cemento (obra negra), paredes de tapia, adobón crudo y techos de teja o eternit y son viviendas que cuentan con espacio suficiente para los integrantes de la familia, es decir no existe problemas de hacinamiento.
1.5. Servicios básicos.
El 92% de viviendas dependen de EMPOGUAITARILLA E.S.P., empresa de servicios públicos de acueducto, alcantrillado y aseo de Guaitarilla, el 8% restante pertenece al acueducto del Barrio Belén, el que es coordinado por la junta de acueducto del mismo Barrio. En cuanto al servicio de alcantarillado, el 98% de las viviendas poseen un servicio completo conectado a la red madre, el 2% no poseen este servicio y dentro de este porcentaje hacen parte las zonas de expansión o en su parte alta como: Barrio Santa Barbara, Barrio Belén, sector 20 de Julo. El 100% de las viviendas cuentan con servicio de energía eléctrica y un 98% cuenta con servicio de alumbrado público en condiciones regulares de mantenimiento.
1.6. Medios de comunicación.
Como principal medo de comunicación, se cuenta con la emisora comunitaria local, además se utiliza la amplificación de sonido y los diferentes S.A.I. de telefonía celular.
1.7. Aspecto sociocultural.
En el perímetro urbano existe un templo, donde se profesa la religión católica y seis centros místicos donde existen inclinaciones religiosas diferentes (testigos de Jehová, pentecostales, cruzada estudiantil etc.). La participación comunitaria, institucional u organizacional, está dada por tres juntas de acción comunal: Barrio Belén, Santa Barbara y Barrio Pueblo Nuevo. Existen también organizaciones formalmente constituidas como: ASOFIGUA, COOEMPAQUES, los que propenden por unas fuentes laborales y progreso del Municipio.
1.8. Salud.
El casco urbano cuenta con un centro hospital, ubicado en la plaza santa fe, de primer nivel de atención, con servicios de consulta externa y urgencias las 24 horas, cuenta con seis médicos, dos odontólogos, oficina de atención al usuario, tres enfermeras y
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ocho auxiliares de enfermería. 1.9. Vías.
Se puede catalogar que en un 94%, las calles del perímetro urbano son pavimentadas y se encuentran en buen estado. El casco urbano cuenta con tres principales vías de acceso (vía a San Juan de Pasto, vía a Ancùya y vìa a Tùquerres) en regular estado.
1.10. División Política
La cabecera municipal es la población que lleva el mismo nombre y pertenecen a este municipio. Las inspecciones: Ahumada, Ales, Buenos Aires, La Esperanza, La Victoria, San Nicolás, Girardoth, Cumag y San Alejandro Las veredas de Motilón, Cabuyo, Ciénaga, El Cid, San José, Guaramuez, San Antonio, San Germen, San Francisco Bajo, San Francisco Alto, Cuatro Esquinas, Villanueva, La Cocha, El Naranjo, Inga y Yunguito. En el aspecto hidrográfico, se destaca como único río que baña su territorio, el río Guatarilla que recibe como afluentes las quebradas: Guaramuez, Basal, Chorrillo, Ahumada, Guacal y San Benito. En lo que respecta al clima, de los 150 m
2 de superficie, 105 pertenecen al clima medio
y 35 al clima frío, y el resto a clima cálido en las orillas del río Guaitara.
El municipio se divide en tres subregiones:
1.10.1. SUBREGIÓN No. 1.
A esta subregión pertenecen las veredas de: • CuatroEsquinas, • Girardoth • Rosario de Inga, • La Cocha del Cid • El Cid. Viviendas. Posee 512 viviendas, con materiales predominantes en las paredes de bareque, con tejas de barro, en condiciones regulares; por lo general las viviendas cuentan de tres a cuatro cuartos independientemente de la cocina. Servicios públicos. Esta subregión cuenta con acueducto, en regular estado y /o con poca tecnificación; en su mayoría el agua llega hasta los hogares mediante conexiones rudimentarias. El 100% de las viviendas no cuentan con servicio de alcantarillado, las viviendas presentan conexión a pozo séptico o desagüe o quebradas. Poseen servicio de electricidad en todos los hogares aunque no existe alumbrado público. Medios de comunicación. El principal medio de comunicación es la telefonía celular, aunque cuenta con emisora propia, en la cual se emite información de interés de la zona debido a su baja cobertura.
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Vías. Dentro de esta zona existen un 20% de vías en buen estado, el 20% restante corresponde a vías que se encuentran en regular estado, el 60% restante corresponde a vías que se encuentran en pésimo estado. Cabe resaltar que las vías en buen estado son aquellas que tienen tráfico diario, las vías de estado regular y pésimo son las que su tráfico es nulo y o son transitadas los fines de semana o días de mercado (jueves y domingo). Aspecto sociocultural. Dentro de esta zona existe una capilla o centro místico, ubicado en la vereda de Girardoth, para la celebración de eucaristías y/o celebraciones religiosas esporádicas o en fiestas patronales. La participación comunitaria u organizacional, se designa a que tres veredas de esta región poseen Juntas de acción comunal (Cuatro Esquinas, La Cocha del Cid y la vereda El Cid), las cuales ejercen veeduría y velan por el bienestar de su comunidad.
1.10.2. SUBREGIÓN No. 2. A esta subregión, pertenecen las siguientes veredas: • Motilón • El Cabuyo • San Alejandro • Alex • Villanueva • Paramillo • México • Plan Grande • Yunguita Viviendas. Esta zona cuenta con 533 viviendas, en su mayoría construcciones antiguas; con materiales predominantes en sus paredes de bareque, adobón crudo, con teja de barro en regulares condiciones; en su mayoría las viviendas cuentan con dos o tres cuartos, independientemente de la cocina, los cuartos son utilizados 1 o 2 como habitaciones y/o dormitorios y el otro para uso de almacenamiento de granos, abonos, herramientas de trabajo etc. Servicios Básicos. Esta subregión cuenta con acueducto, en regular estado, en algunos hogares, el agua llega con conexiones rudimentarias. El 100% de las viviendas no cuentan con servicio de alcantarillado, por lo general su unidad sanitaria se encuentra conectada a pozo séptico, letrina y/o desagües o descargue a quebradas. Las viviendas de esta subregión cuentan con servicio de electricidad, aunque no existe servicio de alumbrado público. Medios de comunicación. El principal medio de comunicación es la telefonía celular. Vías. La zona cuenta con un 75% de sus vías en regular estado; cabe resaltar que las vías en regular estado presentan un tráfico diario y en las vías en pésimo estado, su tráfico es nulo o esporádico.
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Aspecto sociocultural. Esta subregión cuenta con cinco capillas o centros místicos ubicados en las veredas de: El Cabuyo, San Alejandro, El Paramillo, Alex y Yunguita, en los que se realizan celebraciones religiosas, eucaristías de manera esporádica, en fiestas patronales o temporadas decembrinas o semana santa; a la vez, estos lugares son utilizados como centros de congregación de la comunidad para reuniones o diálogos de interés comunitario. La participación comunitaria, Institucional u organizacional se liga a la conformación de Juntas de acción comunal que en la región se encuentran formalmente conformadas y ubicadas en las veredas de: San Alejandro, El Cabuyo, El Motilón y Villanueva, las que se caracterizan por el bienestar de sus comunidades y garantizar los servicios básicos.
1.11. GEOLOGIA Y GEOMORFOLOGÍA El municipio de Guaitarilla se encuentra influenciado por el denominado Nudo de los Pastos o Mirador de Huaca, sitio donde comienzan a individualizarse las cordilleras colombianas. La geología general de la zona, está relacionada con los eventos tectónicos de tipo compresional que dieron origen al levantamiento andino y por la actividad volcánica del terciario y cuaternario de los volcanes azufral, Cumbal y otros
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del departamento. El esquema de ordenamiento territorial (2000 - 2011) de Guaitarilla, menciona que la estructura geológica está conformada por rocas de la era cenezoica (terciaria y cuaternaria) que están constituidas por capas de cenizas y arenas volcánicas de composición andesítica, espesas capas de pumitas localizados en los conos volcánicos especialmente del volcán Azufral y de tobas semiconsolidadas que se encuentra en las laderas y en los caños de los ríos. Estas rocas contienen abundantes minerales ferro magnesianos que el descomponerse originan, generalmente suelos saturados. De acuerdo con el mapa geológico del Departamento de Nariño planteado por INGEOMINAS (1982); como consecuencia de la intensa actividad volcánica a la que se ha hecho mención, estratigráficamente el área de la micro cuenca Cumag corresponde a rocas volcánicas del pliopleistoceno y recientes, constituidas por lavas y cenizas TQvlc que hacen referencia a lavas cubiertas con cenizas de tipo “ash-fall" y pocas veces del tipo “ash-flow”, conformadas por flujos y caídas de cenizas indiferenciadas, de composición andesítica, lavas vítreas, intercalaciones de aglomerados volcánicos y pumita.
1.12. CLIMATOLOGIA
La temperatura varia de acuerdo con la altitud siendo en las partes mas bajas de los 18º , la cual disminuye a medida que se asciende llegándose a registrar valores cercanos a los 10º C (Ver cuadro 1) Cuadro 1. Relación altura temperatura.
A.S.N.M TEMPERATURA LOCALIDADES
2000 – 2200 18º La cocha, El Cid, Yunguita, San Nicolas.
2200 – 2400 14º El paramillo, San Alejandro
2400 - 2600 13º El Cabuyo, El Motilón, San Antonio, San Francisco, Ahumada
2600 - 2800 12º Girardot, Cuatros Esquinas, Ciénaga, Casco urbano
2800 – 3000 11º San José, Buenos Aires, La esperanza, Cumag
Fuente: Plan de ordenación territorial En el municipio de Guaitarilla se pueden encontrar cuatro tipos de clima a saber: cálido medio, frío y páramo, de los cuales el clima medio es predominante.
1.13. PRECIPITACIÓN
Según el instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, los datos de precipitación en mm son los más representativos para el municipio de
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Guaitarilla. Su valor medio es de 258,9 mm.
1.14. VIENTOS
En época de verano, la dirección de lo vientos en la región es de este a oeste y, en sentido contrario, en época de lluvia
Valor anual medio 36,689 km o 4,18 km por hora.
Valor mensual máximo 8,119 km o 11,27 km por hora.
Valor mínimo mensual 3 km o 0.004 km por hora.
1.15. Hidrografía
Se ubican los vertederos de agua en las partes altas de las montañas donde aún sobreviven sectores de bosque nativo, como los indicados de la zona del páramo, con bosques de grandes árboles de aliso, guayacán, quillotocto, arrayán, motilón, siete cueros, uraco, cedro, cucharo, roble, encino: manto de sombra para proteger la humedad del subsuelo, la asimilación de agua de las plantas de menor tamaño y principalmente matorral como helecho , liana, enredadera, planta parásita, musgo, quiche y líque que; actúan como esponjas que soportan cantidades de agua que lentamente se sueltan por la gravedad formando riachuelos que llegan hasta el pueblo formando quebradas. No hay programas de recuperación del bosque mediante acciones de culturización ni campañas de reforestación. Las administraciones locales poco avance le deparan y por ello la crisis de los mantos de bosque continúan su franco deterioro pronto serán camino, campos de parcela o desierto. Quebradas
Quebrada el Chuzo, la cual nace cerca de Camuestés, atraviesa el pueblo y cerca del matadero, por el sur, junta sus aguas con la Pambuza. Es la de mayor caudal pues recoge aguas abajo otras vertientes importantes
Quebrada san José, o quebrada del baño, por nacer en esa vereda, la cual desemboca sus aguas en la quebrada de Guaramuez, junto al barrio Belén.
Quebrada Pambusa, o San Benito, es la que se encarga de deslindar al sector pueblo viejo del pueblo nuevo, ésta con la quebrada de Cuma encierran de alguna forma al pueblo nuevo, por lo cual muchos dieron en llamarle «el Puerto»
La quebrada Pambuza incrementada por la de Cuma, vierte sus aguas a la del Chuzo por la parte norte del matadero. Esta pasa a llamarse más adelante quebrada del motilón y confluye con la quebrada San Alejandro y San Nicolás que finalmente desembocan en el río Guaítara.
Quebrada Cuma, desciende del alto de dicha vereda pasando al sector de la plazuela bordea el barrio Santa bárbara por el lado norte, llega al sector del barrio el empedrado, pasa al rosal, abajo de San Germán recibe aguas de la Quebrada del Lechero, ya en el Llano Verde forman la quebrada Regada.
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Quebrada del lechero, nace en el páramo de la Burrera, de aguas frías y cristalinas, de buen caudal y alimenta a la de Cuma formando la quebrada regada, vereda del rosal.
Quebrada la primavera, nace en el alto, sector de la burrera, pasa la vereda San Germán, y con la quebrada regada conforma la quebrada de Llano Verde.
Estas aguas formarán la quebrada de San Nicolás y La Playa que unidas a la Pambuza forman la quebrada de Granadillo.
No abundan los peces, pero se han hecho intentos de fomentar estas especies para favorecer la alimentación de las comunidades ribereñas y hace pocos años se localizan charcos o vados de trucha. En algunos temporales de invierno, la quebrada San José, en el punto de Peña Blanca, ocasionó una avalancha sin mayores consecuencias, aunque se3 han registrado muertes por inmersión. Las aguas de las quebradas se aprovechan principalmente para el consumo humano, de animales domésticos, para riego de cultivos, para lavadero de ropa, lo cual genera contaminación por jabones e impide la vida y el crecimiento de los cultivos de alevinos de trucha. A mitad de siglo XX, se construyó en el sector de El Motilón, una represa pequeña, para aprovechar la fuerza hidráulica y dar movimiento a un generador de energía Pelton, con lo cual por las décadas de 1950 a 1960 dio energía para el servicio público y residencial, de baja potencia, pero posibilitó el funcionamiento de la radio. Esa planta eléctrica funcionó poco tiempo dado su costo en el mantenimiento y la falta de personal experto. En l962 y 1963 se reciben las redes eléctricas de CEDENAR, que posibilitaron el ingreso deninitivo de la radio y televisión. Otra forma tradicional de aprovechamiento de las aguas de nuestras quebradas, en vías de extinción, fue como fuerza para mover los famosos molinos de agua. EL río Guaitara ocupa el cuarto lugar de las corrientes de agua en Nariño, junto con el río Patía, río Mira y el río Juanambú. Este río nace en las estribaciones del volcán nevado de Chiles, frontera con Ecuador, donde le llaman «rio Carchi». Es hito fronterizo con Colombia en el punto Rumíchaca (Puente de Piedra), se dirige por el departamento de Nariño en forma diagonal de sur a norte, pasando por Las Lajas, Pilcuán, El Pedregal, hasta encontrar dos promontorios montañosos donde se levanta el llamado «puente Colgante» enrumbándose a Consacá y Guaitarilla. Pasa a Ancuya, Sandoná y Linares siendo afluente del río Patía. Se afirma que Simón Bolívar lo paso muchas veces de Sandoná y Ancuya a Ales, donde quedan los vestigios de un puente colonial, en travesía del Ecuador. Por la carencia de un puente vial, los pobladores rurales de Consacá y Guaitarilla de este sector, lo cruzaban en Tarabita.
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2. CRITERIOS BASICOS DE DISEÑO El cálculo y el diseño de los elementos básicos del sistema de acueducto se rigen a partir de los parámetros establecidos por el REGLAMENTO TECNICO DEL SECTOR DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BASICO RAS 2000 modificado.
2.1. 2.1 NIVEL DE COMPLEJIDAD
Tabla 2.1. Nivel de Complejidad
ASIGNACION DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD
Nivel de complejidad
Poblacion en la zona urbana
Capacidad económica de los usuarios
Bajo <2500 Baja
Medio 2501 a 12500 Baja
Medio Alto 12501 a 60000 Media
Alto >60000 Alta
2.2. 2.2 PERIODO DE DISEÑO
Según el nivel de complejidad del sistema se adopta la siguiente tabla para establecer el periodo de diseño máximo.
Tabla 2.2. Periodo de diseño máximo
Nivel de Complejidad del Sistema Periodo de Diseño
Bajo, Medio, Medio-Alto 25 años
Alto 30 años
Para efectos de este estudio se opta por un periodo de diseño de 25 años para nivel de complejidad Medio-alto.
2.3. 2.3. POBLACION FUTURA
2.3.1. Análisis de la población Para realizar una estimación de la población futura del Municipio de Guaitarilla, utilizamos los datos censales realizados en años anteriores como base para realizar los cálculos respectivos, para este municipio encontramos el censo del año 2005. METODO DE CALCULO
Método Geometrico
𝑃𝑓 = 𝑃𝑖(1 + 𝑟)𝑛
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Donde:
Pf = población para un año futuro (Tf)
Pi= población del año inicial o básico.
r = tasa de crecimiento anual de la población = 1,59 % anual (tasa de crecimiento
departamental.
n = período de diseño (T2-T1)
El periodo de diseño correspondiente al nivel medio de complejidad es de 25 años
Población proyectada al año 2011
𝑃𝑓 = 3918(1 + 0,0159)6
𝑃𝑓 = 4307 𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
Poblacion Para el año 2036
𝑃𝑓 = 4307(1 + 0,0159)25
𝑃𝑓 = 6389 𝐻𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠
2.4. 2.4 CONSUMO DE AGUA
Uso domestico
Para el caso del uso domestico la estimación del consumo se la hace para la dotación
neta máxima según el RAS 2000 modificado, teniendo en cuenta que para Guaitarilla
que se encuentra a 2701 m.s.n.m es una región de clima templado y el nivel de
complejidad es medio por lo tanto la dotación es de 115 lt/hab/dia como se muestra en
la siguiente tabla.
Tabla 2.3. Dotación por habitante según el nivel de complejidad del Sistema.
Nivel de complejidad del
sistema
Dotación neta (L/hab·día ) Clima
Templado y Frío
Dotación neta (L/hab·día )
Clima Cálido
BAJO 90 100
MEDIO 115 125
MEDIO ALTO 125 135
ALTO 140 150
Fuente: ACUEDUCTOS. Roberto Salazar. Pg. 18
Uso comercial
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Actualmente existen aproximadamente 48 locales comerciales entre casetas de venta
de jugos y comida, restaurantes, cafeterías, tiendas, bares, almacenes, droguerías y
peluquerías y se estima que hacia el 2036 existirán unos 85 locales comerciales.
Consumo domestico: No existen de facturación para estimar el consumo
doméstico. Se establece un consumo futuro de: 125 litros/habitante/día.
Consumo publico:
se considera el consumo publico como el 3% del consumo domestico.
Consumo por polideportivo: 25 litros/asistente/día.
Consumo educativo:
Basica primaria: 20 litros /estudiante /día.
Educacion Secundaria: 25 litros/estudiante/día.
Comercial:
Locales comerciales: 6 litros/m²/día.
Plaza de mercado: 100 litros/local/día.
Institucional:
Hospital: 800 litros/cama/día.
Estacion de policia: 150 litros/persona/día.
Hotel: 300 litros/cuarto/día.
2.5. PERDIDAS
Tomamos un 25% de perdidas, de acuerdo a la normatividad.
2.5.1. DOTACIONES BRUTAS FUTURAS
Dotacion bruta residencial: 166,67 litros/habitantes/día.
Dotacion bruta publica
Dotacion Bruta: 5 litros/habitante/día.
Dotacion bruta polideportivo: 33,33 litros/asistente/día.
Dotacion bruta educativa:
Dotacion bruta escolar: 26,67 litros/estudiante/día.
Dotacion bruta secundaria
Dotacion bruta comercial:
Dotacion bruta locales comerciales: 8 litros/m²/día.
Dotacion bruta plaza: 133,33 litros/local/día.
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Dotacion bruta institucional
Dotacion bruta hospital: 1066,67 litros/cama/día.
Dotacion bruta estación de policia: 200 litros/persona/día.
Dotacion Bruta Hotel: 400 litros/cuarto/día
2.5.2. CALCULO DE LA DEMANDA DE AGUA El caudal medio diario es la suma del caudal medio residencial mas el caudal medio por otros usos y más la demanda media industrial.
2.5.2.1. Caudal Medio Residencial
𝑄𝑚𝑟 = 𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
2.5.2.2. Caudal medio otros usos Qou
𝑄𝐶𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 =𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
𝑄𝑃𝑢𝑏𝑙𝑖𝑐𝑜 =𝑝𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
𝑄𝐸𝑠𝑐𝑜𝑙𝑎𝑟 =𝑒𝑠𝑡𝑢𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
𝑄𝐼𝑛𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 =𝐼𝑛𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
𝑄𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 =𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
𝑄𝐼𝑛𝑑𝑢𝑠𝑡𝑟𝑖𝑎𝑙 =𝐼𝑛𝑑𝑢𝑠𝑡𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝐷. 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎
86400
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Tabla 2.4. Calculo de caudales
Caudal medio residencial Qmr 12,32 lt/s
Caudal medio otros usos (Qou) Q publico 0,45 lt/s
Q escolar 0,26 lt/s
Q secundaria 0,40 lt/s
Q comercial 0,24 lt/s
Q institucional 0,74 lt/s
Qou 2,08 lt/s
Q industrial (Qi) 0,00 lt/sg
2.5.2.3. Caudal medio diario (Qmd)
Qmd = 𝑄𝑚𝑟 + 𝑄𝑜𝑢 + 𝑄𝑖 = 12,32 +2,08 +0 = 14,41 lt/s
2.5.2.4. Caudal máximo diario (QMD)
Según el RAS 2000 Modificado se calcula multiplicando el caudal medio diario por un coeficiente de consumo máximo diario K1 que corresponde a 1.3 K1 = 1.3
QMD = 𝑄𝑚𝑑𝑡 ∗ 𝐾1 = 14,41 ∗ 1,3 = 18,73 𝑙𝑡/𝑠
2.5.2.5. Caudal máximo horario (QMH) 2000 Modificado se calcula multiplicando el caudal máximo diario por un coeficiente de consumo máximo horario K2 que corresponde a 1.5
2.5.2.6. Caudal máximo horario (QMH)= 𝑄𝑀𝐷 ∗ 𝐾2 = 18,73 ∗ 1.5 = 28,10 𝐿𝑡/𝑠𝑒𝑒𝑔 Caudal máximo horario total = QMD + Qi = 28,10 + 0 = 28,10 Lt/s
3. CAPACIDAD HIDRAULICA DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
3.1. Capacidad hidráulica de los componentes del sistema.
Componente Capacidad Hidráulica
Captación lateral 19,74 L/s
Rejilla 37,46 L/s
Desarenador con un compartimiento 19,74 L/s
Aducción y conducción 19,31 L/s
Tanque almacenamiento 28,10 L/s
Red de distribución 28,10 L/s
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4. CAPTACIONES
4.1. CAPTACIÓN LATERAL
Tabla 4.1 Diseño de la rejilla.
Qd 18,73 lt/s
Q med. 0,78 m3/s
Q crecida río 1750 lt/seg
Q min rio 0,280 m3/s
Q crecida rio 1750 m3/s
Distancia entre muros L 4 m
Altura de muros 2,4 m
Cota del terreno 1000 m
Rejilla completamente sumergida
Diámetro de varillas 5/8 plg - 0,0159 m
Espaciamiento entre varillas 3 cm – 0,03 m
Qmd 49,58 L/seg
Q de Diseño de rejilla 118,99 L/seg
4.1.1. Calculo del nivel de crecidadel río Q cr = Q Crecida del rio – Q diseño = (1750 – 18,73) /1000= 1,73 m3/s
mLK
QcrH 43.0
24,6*56.1
73,1
*max
3/23/2
Donde K= 1.56 L= 6,24m
4.1.2. Calculo del nivel mínimo del río Q min = Q mínimo del rio – Q diseño = (280 – 18,73) /1000= 0,26 m3/s
mLK
QH 12.0
24,6*56.1
26.0
*
minmin
3/23/2
Donde K= 1.56 L= 6,24 m
4.1.3. Calculo nivel medio del río Q min = Q med del rio – Q diseño = (0,78 – 0,019) = 0,76 m3/s
mLK
QmedHmed 25.0
24,6*56.1
76.0
*
3/23/2
17
Donde K= 1.56 L= 6,24 m Cota vertedero = 1000 + 2,4 = 1002,4 m Cota Nivel mínimo = 1002,4 + 0,12 =1002,52 Cota Nivel medio =1002,4 + 0,25 =1002,65 Cota Nivel de crecida = 1002,4 + 0,43 =1002,83 Cota Corona Muros = 1002,83 + 0,3 =1003,13
4.1.4. Calculo de la rejilla
Diámetro varillas = 5/8 ”= 0,0159 m Espaciamiento = 3 cm Donde Qd = 37,46 lt/s C=0.9
V=velocidad de paso a través de rejilla = 0.15m
65.00159,003,0
03.0
mm
m
ta
ae
Asumimos un valor de b= ancho = 0.5m
mL 85,05.0*65.0*15.0*9.0
1000/46,37
Por seguridad aumentamos 1,2 veces (L) = 0,85*1,2 = 1,02 m Ahora calculamos el número de barras.
barrasta
LN 18
01588.003.0
85,0
4.1.5. Pérdidas a través de la rejilla.
V = 0,15 m/s
e = 0,65
𝐾 = 1,45 − 0,45𝑒 − 𝑒2 = 1,45 − 0,45 ∗ 0,65 − 0,652 = 0,73
18
𝐻𝑡 = 𝑘 ∗ 𝑉2
2 ∗ 𝑔 =
0,73 ∗ 0,152
19,62 = 0,000835 𝑚
Por seguridad = 0,02
4.1.6. Cálculo caja de derivación.
Cota caja de derivación mínima = Cota captación mínima – Ht = 1002,52 + 0,020
Cota caja de derivación mínima = 1002,50 m
Cota caja de derivación máxima = Cota captación crecida – Ht =1002,83 + 0,020
Cota caja de derivación máxima = 1002,81 m
4.1.7. Cálculo vertedero de rebose. QD = 37,46 Lt/s QMD = 18,76 Lt/s
𝑄 = 𝑄𝐷 − 1,5𝑄𝑀𝐷= 37,46 − 1,5 ∗ 18,73𝐿𝑡
𝑠= 9,37 𝑙𝑡/𝑠
La altura del vertedero de excesos será:
ℎ = (𝑄
𝐾 ∗ 𝐿)
2/3
= (9,37
1,56 ∗ 1,20)
2/3
= 0,03 𝑚
Donde: Constante por tipo de vertedero = 1.56 Longitud Asumida 1,20 m
COTAS IMPORTANTES: Cota del Terreno = 1000,00 m Cota Corona de los Muros: = 1003,13 m Cota Nivel mínimo sobre Vertedero: = 1002,52 m Cota Nivel crecida sobre Vertedero: = 1002,83 m Cota del Nivel mínimo en la Cajilla: = 1002,50 m Cota del Nivel máximo en la Cajilla: = 1002,81 m Cota del Vertedero en Cajilla: = 1002,50 + 0,03 = 1002,47 m Cota parte superior de la rejilla: = 1002,52 0,1 = 1002,42 m Cota parte inferior de la rejilla: = 1002,42 – 0,5 = 1001,92 m
19
4.1.8. Cálculo estructura de amortiguación. Qmáx = 1,75 m3/s A = Hmás * Ancho aliviadero = 0,43 * 4 = 1,70 m2
𝑉 = 𝑄𝑚á𝑥
𝐴=
1,75
1,70= 1,03 𝑚/𝑠
4.1.9. Cálculo profundidad crítica Yc.
B = 4 m V = 1,03 m/s A = Altura rebose vertedero * Ancho aliviadero = 4* 0,03 = 0,12 m2
Q1 = V * A Q1=1,03* 0.12 = 0.121 m3/s Q1 sobre la cresta del vertedero = 0.121 m3/s
mBg
QYc 045.0
)4(*81.9
121.0
*3
2
2
32
2
smYcgVc /666.0045.0*81.9*
Como V > Vc corresponde a un flujo supercrítico
4.1.10. Calculo del perfil del aliviadero Para una pendiente vertical K=1,873 ; n=1.776 HD = Hmáx = 0,43 m
776,1
85.1
776,0776,1
1
03,1
97,0
*43.0*873,1
**
Xy
yX
yX
yHdKX nn
Tabla 4.2. Calculo del perfil del aliviadero.
X 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 1,1 1,2 1,3
Y 0 0,020 0,068 0,139 0,232 0,344 0,476 0,626 0,793 1,179 1,396 1,630 1,879
20
4.1.11. Diseño pozo de amortiguación Z= cota nivel crecida sobre vertedero – cota del terreno = 1002,83 - 1000 = 2,83 m Hd = Hmáx = 0,43 m
Velocidad al pie del aliviadero
smHdzgV /16,7)43.0*5.083,2(*81.9*2)5.0(**21
Qmáx = Q crecida de río = 1750m3/s
Altura del agua a la salida o pie de la presa Y1 L = 4 m
mLV
QY 061.0
4*16,37
1750
*1
max1
Numero de Froude F1
25,9061.0*81.9
16,7
1*
11
Yg
VF
Altura del diente del dique en el pozo de amortiguación
Se recurre al gráfico de Forster y Skinde; para el valor F₁ = 9,25, se obtiene una
relación h/Y₁ igual a 5
Figura 4.1. Relaciones analíticas entre Fy h/y para un vertedero de cresta ancha
21
h=h/y1*Y1= 5*0,061 = 0.306 m h=0.306 m = altura del diente del dique
Altura máxima del resalto en el pozo 3
2
11
2)
1/2
1/1(166.2
Y
h
Y
Y
YY
YhF
Resolviendo por tanteos Y2=0.64m, altura máxima del resalto en el pozo, se varía Y2, hasta que los valores sean iguales. Por lo tanto la altura máxima del resalto en el pozo
de amortiguación es Y₂ = 0.64m Ahora calculo el valor de la profundidad del flujo a la salida del pozo de amortiguación Y3 para asegurar condiciones de retención y producción del resalto hidráulico
mY
hYY
53.03
306.064.0*23
3
223
Longitud del pozo de amortiguación.
mYYlj 99,3)061.064,0(9.6)12(9.6
Se proporcionará un valor de Lj de 3,99 m
4.1.12. Cálculo caja de derivación:
Cámara de recolección Hl = 1,1 * Yc = 1,1 * 0,045 = 0,050 m
𝑉𝑙 = 𝑄𝑑
𝐻𝑙 ∗ 𝐵=
37,46/1000
0,050 ∗ 0,5= 1,504 𝑚/𝑠
𝑋𝑠 = 0,36 ∗ 𝑉𝐿
23 + 0,6 ∗ 𝐻𝐿
47 = 0,36 ∗ 1,504
23 + 0,6 ∗ 0,050
47 = 0,581 𝑚
Longitud mínima de la cajilla Xs = 0.581 m Por condiciones de trabajo y limpieza se proporciona Xs = 1.2 Se dejan 15 centímetros desde el fondo del canal recolector hasta el nivel de aguas mínimo 0.15
4.1.13. Cálculo vertedero de excesos. Como Q min > 2*QMD, entonces
22
𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = 2 ∗ 𝑄𝑀𝐷 − 𝑄𝐷𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛=
(2 ∗ 18,73)
1000−
37,46
1000= 0,02
𝑚3
𝑠
4.1.14. Condiciones máximas caja de derivación
K = 0,5 e = 0,65 C = 0,5 At = L * b = 0,85 * 0,5 = 0,424 m2 An = At * e = 0,424 * 0,65 = 0,277 m2 H = Cota nivel máx - Cota rejilla = 1002,83 – 1001,92 = 0,905 m
2
Q captado = 𝑄 = 𝑐𝑜𝑒𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 𝑒 ∗ 𝐴𝑡 ∗ √(2𝑔𝐻𝑚𝑒𝑑)
𝑄𝑐 = 0,5 ∗ 0.65 ∗ 0,424 ∗ √(2 ∗ 9.81 ∗ 0.905) = 0.58𝑚3/𝑠
𝑉 = 𝑄
𝐴𝑛=
0,58
0,227= 2,11 𝑚/𝑠
𝐻𝑡𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 = 𝑘 ∗𝑉2
2 ∗ 𝑔= 0,5 ∗
2,112
2 ∗ 9,81= 0,11 𝑚
Cota nivel de aguas máximo en la caja = Cota nivel máx - Htrejilla Cota Nivel máx. caja = 1002,83 – 0,11 = 1002,71 m
4.1.15. Tubo de salida al Desarenador Cota salida del tubo = 1000,5 m H = Nivel agua min en caja - Cota nivel agua desarenador. H = 1002,50 - 1000,5 = 2 m L = 100 m
𝐽 =100 ∗ 𝐻
𝐿=
100 ∗ 2
100= 0,2
𝑚
100𝑚
QD = 37,46 / 1000 m3/ s C = 140 Tubería = Asbesto Cemento
23
𝐷 = [𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐽0,54]
12,63
Tabla 4.3.
Diámetro [pulg] J [m/100m] Vi2/2g Diámetro [m]
6 2,46 0,21 0,1524
8 0,61 0,07 0,2032
10 0,20 0,03 0,254
12 0,08 0,01 0,3048
Se selecciona un Diámetro cuyo valor de Ji < Jcalculado. Para nuestro caso, seleccionamos Diámetro = 10", cuyo Ji = 1.64 < 5.95
𝐻𝑓𝑖 =𝐽𝑖 ∗ 𝐿
100 =
0,20 ∗ 100
100 = 0,20 𝑚
Tabla 4.4. Pérdidas por accesorio
Nombre Cantidad Ki Kt
Entrada 1 0,5 0,5
Válvula Compuerta 1 0,19 0,19
Salida desarenador 1 1 1
Codos 4 0,4 1,6
ΣK 3,29
𝐻𝑣𝑖 = (∑𝐾𝑖) ∗𝑉2
2𝑔= (3,29) ∗ 0,03 = 0,09 𝑚
m = Hfi + Hvi = 0,20 + 0,09 = 0,30 m m debe ser menor que H, entonces m = 2.64 < H(5.95) Diámetro comercial seleccionado = 10" K = 0,5
𝑉𝑖2
2𝑔= 0,03
ℎ𝑠 = 𝐻𝑜 +𝑉2
2𝑔= (∑𝐾𝑖 + 1) ∗
𝑉2
2𝑔= (0,5 + 1) ∗ 0,03 = 0,04
Por seguridad se triplica el valor de hs = 0,04 * 3 = 0,13 m
24
4.1.16. Cálculo caudal con nivel decrecida: H1 = Cota Nivel Agua Máximo en la Caja - Cota Nivel Agua Desarenador H1 = 1002,71 – 1000,5 = 2,21 m Se supone un Caudal mayor que QD Q = 0,19 m
3/s
H = 2,21 m L = 100 m
𝐽 =100 ∗ 𝐻
𝐿=
100 ∗ 2,21
100= 2,21
𝑚
100𝑚
Q = 0,190 m3/s C = 140 Tubería = AC
𝐷 = [𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐽0,54]
12,63
= [0,190
0,2785 ∗ 140 ∗ 0,2540,54]
12,63
= 4,14 𝑚
Tabla 4.5.
Diámetro [pulg] J [m/100m] Vi2/2g Diámetro [m]
10 4,14 0,72 0,254
𝐻𝑓𝑖 =𝐽𝑖 ∗ 𝐿
100 =
4,14 ∗ 100
100 = 4,14𝑚
𝐻𝑣𝑖 = (∑𝐾𝑖) ∗𝑉2
2𝑔= (3,29) ∗ 0,72 = 2,36 𝑚
m = Hfi + Hvi = 4,14 + 2,36 = 6,50 m H1 = 2,21 m m debe ser aproximado a H1, entonces Q = 0,19 m
3/s
Qexcesos = Caudal evacuado a la entrada del desarenador Qexcesos = Q – QD Qexcesos = 0,19 – 0,037 = 0,153 m3/s Hs = 0,13 m Φ10" = o,254 m
Cota del Nivel mínimo en la Cajilla = 1002,50 m t = 0,2 m Margen para depósito de material grueso Cota Fondo de la cajilla = Cota Fondo tubo de desagüé Cota del Fondo de la cajilla = Nivel Agua mínimo en la cajilla - hs -Φ - t = Cota del Fondo de la cajilla = 1002,50 – 0,13 – 0,254 – 0,2 = 1001,92 m
25
4.1.17. Cálculo del desagüé. Cálculo del Caudal captado por la rejilla para condiciones medias: Tabla 4.6. Valores conocidos
L = 1,20 m K = 1,84
e = 0,65 C = 0,50
At = 0,42 m2
Hmed = Cota Nivel medio rio - Cota rio = 1002,65 – 1000 = 2,65 m
𝑄𝑐 = 0,5 ∗ 0.65 ∗ 0,42 ∗ √(2 ∗ 9.81 ∗ 265) = 1,00 𝑚3/𝑠
𝑄𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠𝑜𝑠 = 𝑄𝐶 − 𝑄𝐷 = 1 − 0,037 = 0,096 𝑚3/𝑠
𝐻𝑒𝑥𝑐 = (𝑄𝑚𝑒𝑑𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠
𝐾 ∗ 𝐿 )
2/3
= (0.096
1.84 ∗ 1.2 )
2/3
= 0,58 𝑚
𝑉𝑒𝑥𝑐 = (𝑄𝑚𝑒𝑑𝑒𝑥𝑐𝑒𝑠
𝐻𝑒𝑥𝑐 ∗ 𝐿 )
2/3
= (0.096
10,58 ∗ 1.2 )
2/3
= 1,24 𝑚/𝑆
𝑋𝑠 = 0,36 ∗ 𝑉𝐸
23 + 0,6 ∗ 𝐻𝐸
47 = 0,36 ∗ 1,24
23 + 0,6 ∗ 0,58
47 = 0,85𝑚
El Vertedero de excesos debe ser colocado a = 0,85 + 0,3 = 1,15 m de la pared de la cámara de recolección.
4.1.18. Cálculo diámetro del desagüe. Cota del punto de desagüe = 1000,5 m Longitud del tramo de desagüe = 15 m
Diámetro de la tubería de desagüe J = (Cota fondo tubo de desagüe - Cota punto de desagüé) / Longitud tramo desagüé
𝐽 = (1001,92 − 1000,5) ∗ 100
15= 9,48 %
𝐷 = [𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐽0,54]
12,63
= [0,96
0,2785 ∗ 140 ∗ 9,480,54]
12,63
= 0,39726 𝑚 = 16 𝑝𝑙𝑔
26
5. DESARENADOR
5.1. Desarenador convencional de un solo módulo
Caudal Diseño Desarenador = QD = 0.020 m3/S Cota Nivel agua llegada al desarenador = 1000,50 m Temperatura [ºC] = 18
Tamaño de la particula a removerse = 0,1 mm
Máxima velocidad horizontal = 0,17 m/s
Eficiencia del desarenador
= 75 %
Caudal de excesos
=0,00924 m³/s
S = Gravedad específica
= 2,65 g/cm³ El sistema tiene Tratamiento Posterior
Buenos Deflectores
Viscosidad cinemática
𝑣 =0.0178 ∗ 10−4
1 + (0.033 ∗ 𝑡) + (0.000221 ∗ 𝑡2)∗ 1000
𝑣 = 0.0178 ∗ 10−4
1 + (0.0337 ∗ 18) + (0.000221 ∗ 182)∗ 1000 = 0.01044
V = Viscosidad cinemática en 𝑚2
𝑠𝑒𝑔⁄
Para partículas de 0.01 cm aplicando la Ley de Stokes para trabajo con flujo laminar la velocidad de sedimentación será: Velocidad de sedimentación "Vs"
𝑉𝑠 = 𝑔 ∗ (𝑆 − 1) ∗ 𝑑2
18 ∗ 𝑉=
981 ∗ (2.65 − 1) ∗ 0.012
18 ∗ 0.01044= 0.86 𝑐𝑚 /𝑠
Chequeamos si Re < 1
𝑅𝑒 =𝑉𝑆 ∗ 𝑑
𝑉=
0.847823004 ∗ 0.01
0.010607= 0.83 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
1 > 0.83 Entonces la velocidad de sedimentación es la calculada por ello si es aplicable la Ley de Stokes y la velocidad de sedimentación de las partículas es 0.86 𝑐𝑚
𝑠𝑒𝑔⁄
Según la norma RAS 2000, la profundidad efectiva del desarenador deberá estar
27
comprendida entre 0,75 y 1,5. El tiempo teórico que tarda la partícula a remover en tocar fondo del depósito para un líquido en reposo es "tt"
tt =𝐻
𝑉𝑠=
1,50
0.86= 174.15 𝑠 = 2.90 𝑚𝑖𝑛
De acuerdo al porcenteje de remoción y al tipo de deflectores adoptado, se calcula en la siguiente tabla el valor a/t
Tabla 5.1 Calculo del valor a/t
CONDICIONES REMOCIÓN 50%
REMOCIÓN 75%
REMOCIÓN 87%
Máximo Teórico 0,5 0,75 0,875
Depósito con muy buenos deflectores
0,73 1,52 2,37
Depósitos con buenos deflectores
0,76 1,66 2.75
Depósitos con deflectores deficientes o sin ellos
1 3 7
a =a
t∗ tt = 21.66 ∗ 2.90 min = 4.8 𝑚𝑖𝑛
Volumen de la zona de sedimentación "Vol"
Vol = 𝑇 ∗ 𝑄𝐷 = 4.8 ∗ 60 ∗ 0.020 = 5.71 𝑚3/𝑠 Área superficila para el desarenador "As"
𝐴𝑠 =𝑉𝑜𝑙
ℎ=
5.71
1.5= 3.80 𝑚2
Se compara el valor del área superficial con el del área superficial mínima As mín Área superficial mínima "As mín"
𝐴𝑠 min =𝑄
𝑉𝑠=
0.020
0.86/100= 2.29 𝑚2
El área superficial es mayor que el área superficial mínima Cumple
28
Área superficial "As" = 3.80 m2 Las normas RAS 2000 recomiendan para efectos de predimensionamiento que la relación. Longitud útil a profundidad efectiva sea da 10:1 Longitud útil L/H = 10 L = 15 m Valor del ancho del desarenador "B"
𝐵 = 𝐴𝑠
𝐿=
3.80
15= 0.25 𝑚
Valor pequeño para mantenimiento Se adopta un B = 2 m Adopto un valor L = 6
𝐿 = 𝐴𝑠
𝐵=
3.80
2= 1.90 𝑚
La relación Longitud - Ancho debe estar entre: 3 y 6 𝐿
𝐻=
6
2= 3
Diseño ok. Para sistema con tratamiento de agua posterior Vh ≤ 0.25m/s
𝑉ℎ = 𝑄
𝐵 ∗ 𝐻=
0.0635
3.4 ∗ 1.5= 0.01 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
Vh / Vs debe ser inferior a 20 𝑉ℎ
𝑉𝑠=
0.01
0.86/100= 1.72
𝑚
𝑠 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
Chequeamos la carga superficial con respecto a la carga superficial máxima, la cual debe ser menor a 1000 m³/m²/día. Carga superficial (C.S.)
𝐶𝑆 =𝑄 ∗ 86400
𝐴𝑠=
0.020 ∗ 86400
3.80= 448.32 m³/m²/día.
29
5.2. Cámara de rebose y aquietamiento.
La carga superficial en desarenador deberá ser menor de 1000m³/m²/día CUMPLE
Tabla 5.2. Dimensiones adoptadas
L 1 m
B 2 m
Qexc 0.153 m3 /s
Altura del rebosadero "H"
𝐻 = (𝑄
1.84 ∗ 𝐿)
2/3
= 𝐻 = (0.153
1.84 ∗ 1)
2/3
= 0.19𝑚
Velocidad de paso del agua a traves del vertedero "V"
𝑉 =𝑄
𝐻 ∗ 𝐿=
0.153
0.19 ∗ 1= 0.79 𝑚
𝑠𝑒𝑔⁄
Alcance horizontal máximo (para velocidades entre 0.3 y 3 mt/sg) Alcance horizontal máximo (Xs)
𝑋𝑠 = 0.36 ∗ 𝑉2/3 + 0.6 ∗ 𝐻4/7 = 0.36 ∗ 0.792/3 + 0.6 ∗ 0.194/7 = 0.54𝑚 Por seguridad se adopta Xs = 0.6 m Dimensiones Cámara Lateral = 1 x 0.6 m
5.3. Estructura de entrada.
Velocidad de entrada = 0.3 m/s
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠 =𝑄
𝑉=
0.020
0.3= 0.07
Coeficiente de contracción = 0.61
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜𝑠
𝐶=
0.07
0.61= 0.11 𝑚2
Diametro orificios adoptado = 6 plg
𝑛 =4 ∗ 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙
𝜋 ∗ 𝐷2=
4 ∗ 0.11
𝜋 ∗ 0.15242= 5.91
30
Se adoptan 20 orificios dispuestos en 2 filas
Para la primera y segunda fila t = 0.15 m Diámetro orificios L = 2 m Ancho desarenador. Espaciamiento.
𝑎 = (2 ∗ 𝐿
𝑛) − 𝑡 = (
2 ∗ 2
5.91) − 0.15 = 0.52 𝑚
𝑠𝑒𝑔⁄
Ancho canaleta adoptado = 0.7 m Espaciamietno = 0.7 / 2 m a + t = 0.15 + 0.52 = 0.50 m Se desprecian las pérdidas a través de los orificios
5.4. ALTURA DE LA CANALETA.
𝐻 = (𝑄
1.84 ∗ 𝐿)
2/3
= 𝐻 = (0.020
1.84 ∗ 2)
2/3
= 0.08𝑚
Lámina de agua sobre la corona Cota del agua a la entrada del desarenador = 1000.50 m Cota de la cresta del vertedero = 1000.50 + 0.03 = 1000.53 Cora de la corona de muro = 1000.50 + 0.3 = 1000.80 Cota de fondo en la cámara de entrada = 1000.50 - 0.75 +0.02 = 999.77 m Cota del centro del tubo = 1000.50 - 0.38 = 1000.12 m Cota de nivel del agua del desarenador = 1000.50 - 0.02 = 1000.48 Cota del fondo de la canaleta = 1000.48 - 0.75 = 999.73 m Cota del vertedero de estructura de salida = 1000.48 – 0.08 = 1000.40 m Cota fondo de desarenador = 1000.48 –1.5 –(0.8*1.5)= 997.78
𝐷 =𝑇𝑎𝑚ñ𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑡.
10=
0.1
10= 0.01 𝑐𝑚
𝑉𝑎 = 161 ∗ √𝐷 = 161 ∗ √0.01/100 = 0,16𝑚
𝑠
𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 =𝑄
𝑉𝑎=
0.020
0.16= 0,123 𝑚²
31
𝑋 =𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐵=
0.123
2= 0,061 𝑚
Se adopta X = 0.30 m
5.5. CANALETA DE SALIDA
h = 0.75 m
Velocidad de paso por el vertedero
𝑉 = 𝑄
𝐵 ∗ 𝐻=
0.020
0.08 ∗ 2= 0.12 𝑚/𝑠
𝑠 = 0.36 ∗ 𝑉23 + 0.6 ∗ 𝐻
47 = 0.36 ∗ 0.12
23 + 0.6 ∗ 0.75
47 = 0.60 𝑚
Por seguridad se adopta = 0.8 m Se toma como diámetro de salida conducción = 8 plg = 0.2032 m Se adopta un ancho d = 0.5 m C = 0.61
𝐻𝑠 =1
2 ∗ 𝑔∗ (
𝑄
𝐶 ∗ 𝐴)
2
=1
2 ∗ 9.81∗ (
0.020
0,61 ∗ 0.7854 ∗ 0.20322)
2
= 0, 05 𝑚
K = 0.50
𝑉 = 𝑄
𝐴=
0.020
(0.7854 ∗ 0.2032)^2= 0.61 𝑚/𝑠
𝐻𝑠𝑚𝑖𝑛 = (𝑘 + 1) ∗𝑉2
2 ∗ 𝑔= (0.50 + 1) ∗
0.612
2 ∗ 9.81= 0,03 𝑚
Hs > Hsmin Diseño ok Por seguridada Hs = 0.03 + 0.1 = 0.13 m Descarga libre del vertedero =0.1 m Cota del vertedero de la estructura de salida = 1000.48 + 0.08 = 1000.40 m Cota del nivel de agua de salida en la canaleta = 1000.40 - 0.1 = 1000.30 m Cota fondo canaleta de salida = 100030 + 0.13 = 1000.17 m
32
5.6. Sistema de extracción de lodos
Altura media de lodos (h) = 1 m
Peso del sedimento = (2000 * 86400 * 0.020 * 1000)/10^6 = 3411.03 kg/dia
Peso del sedimento = 3.41 ton/dia
Longitud total del desarenador = 1.90 + 0.6 = 2.50 m
Gravedad específica (s) = 2.65 * 1000 = 2560 kg/m3
Volumen (lodos) = 3411.03 /2560 = 1.29 m
Hmedia de lodos = 1.29/(2.50 * 2) = 0.26 m
h = 0.8H = 0.8 * 1.5 = 1.2 m
Profundidad en el fondo = 1.2 + 1.5 + 0.3 = 3 m
33
6. TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Población fututa = 6389 habitantes
QMD = 18.73 Lt/s = 0.0187 m3/s
Caudal de regulación = (18.73/3) + 18.73 = 24.97 Lt/s
Volumen máximo diario = 0.0187 * 86400 = 1618.37 m3
Volumen de almacenamiento = 1618.37/3 = 539.46 m3
Volumen de regulación = 1618.37/3 = 539.46 m3
Altura del tanque = 2.5 m
Ancho = (539.46 /2.5)^0.5 = 14.69 m
Longitud = 14.69 m
Area = 14.69 ^2 = 215.78
Coeficiente m = 0.5
a = 0.5
Supongo un diámetro = 3 plg = 0.762 m
Área tubo = (3.1416 * 0.762^2)/43 = 0.04242212
Tiempo de vaciado (T)
𝑇 =2∗𝐴∗√ℎ
𝐶∗𝑎∗√2𝑔=
2∗215.78∗√2.5
0.5∗0.042422121∗√29.81= 7262.81254 𝑠𝑒𝑔
Calculo de vasiado
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝐶𝐷 ∗ √2𝑔 ∗ ℎ = 0.042422121 ∗ 0.61 ∗ √2 ∗ 9.81 ∗ 2.5 = 0.181234851 L/seg
34
7. RED DE DISTRIBUCIÓN 7.1. Calculo de diametro
Tabla 7.1. Valores dados Cota tanque = 1320 M
cota del tramo = 1275.7 M
L = 531.93 m/m
Ji = (1320 – 1275.7)/ 531.93 = 0.0833 m/m
C = 150 pvc
Q = 0,017 m3/s
𝐷 = [𝑄
0,2785 ∗ 𝐶 ∗ 𝐽0,54]
12,63
= [0,17
0,2785 ∗ 150 ∗ 0.08330,54]
12,63
= 0,086 𝑚 = 3.37 𝑝𝑙𝑔 = 4"
𝐉𝐢 = [𝑸
𝟎, 𝟐𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝑪 ∗ 𝑫𝟎,𝟓𝟒]
𝟏𝟐,𝟔𝟑
= [𝟎, 𝟏𝟕
𝟎, 𝟐𝟕𝟖𝟓 ∗ 𝟏𝟓𝟎 ∗ 𝟎. 𝟏𝟎𝟓𝟓𝟐𝟐.𝟔𝟑]
𝟏𝟎.𝟓𝟒
= 𝟎, 𝟎𝟑𝟎𝟏
Hi = Ji * L = 531.93 * 0.30301
Cota del tramo = 1307
7.2. Metodo de longitudes equivalentes
PRIMERA VUELTA
Tabla 7.2. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
1 - 2 19,9 1433 8,2 0,049 -29216,62 3563,00 -1,48 -9,68 2921,66
1 - 3 3,5 252 21,77 0,299 844,18 38,78 -1,48 20,29 84,42
2 - 4 5,8 417,6 4 0,013 -32132,87 8033,22 -1,48 -5,48 3213,29
3 - 4 22,2 1598 10 0,071 22578,00 2257,80 -2,84 7,16 2257,80
-37927,30 13892,80 8477,17
8477,166989
> -37927
OK
Tabla 7.3. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
3 - 4 22,2 1598 10 0,071 -
22578,0001 2257,8 2,83639 -7,164 2257,8
3 - 5 5,6 403,2 13,00 0,115 3505,30104 269,63854 1,36071 14,361 350,5301
4 - 6 5,6 403,2 7 0,037 -
11017,6545 1573,9506 1,36071 -5,639 1101,765
5 - 6 22,2 1598 5 0,020 81393,7322 16278,746 1,36071 6,361 8139,373
51303,3786 20380,136 11849,47
35
11849,46878
> 51303,4
NO CHEQUEA
SEGUNDA VUELTA
Tabla 7.4. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
1 - 2 19,9 1433 -9,676 0,067 -
21511,7277 2223,2795 0,15772 -9,518 2151,173
1 - 3 3,5 252 20,292 0,262 961,250676 47,370158 0,15772 20,45 96,12507
2 - 4 5,8 417,6 -5,476 0,023 -
17974,2568 3282,5651 0,15772 -5,318 1797,426
3 - 4 22,2 1598 7,164 0,038 41849,5981 5841,9697 0,25932 7,42293 4184,96
3324,86424 11395,185 8229,683
8229,683339
> 3324,86
OK
Tabla 7.5. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
3 - 4 22,2 1598 -7,164 0,038 -
41849,5981 5841,9697 -0,2593 -7,4229 4184,96
3 - 5 5,6 403,2 14,361 0,138 2915,71323 203,03399 -0,1016 14,2591 291,5713
4 - 6 5,6 403,2 -5,639 0,025 -
16434,4828 2914,2848 -0,1016 -5,7409 1643,448
5 - 6 22,2 1598 6,361 0,031 52143,4172 8197,7289 -0,1016 6,25911 5214,342
-
3224,95049 17157,017 11334,32
11334,32114
> -3225
OK
TERCERA VUELTA
Tabla 7.6. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
1 - 2 19,9 1433 -9,518 0,065 -
22175,8216 2329,8932 -0,0489 -9,5669 2217,582
1 - 3 3,5 252 20,45 0,266 947,580675 46,336364 -0,0489 20,4011 94,75807
2 - 4 5,8 417,6 -5,318 0,022 -
18972,8547 3567,6966 -0,0489 -5,3669 1897,285
3 - 4 22,2 1598 7,4229 0,041 39185,0839 5278,9223 -0,0999 7,32299 3918,508
-
1016,01167 11222,849 8128,134
8128,134083
> -1016
OK
36
Tabla 7.7. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
3 - 4 22,2 1598 -
7,4229 0,041 -
39185,0839 5278,9223 0,09994 -7,323 3918,508
3 - 5 5,6 403,2 14,259 0,136 2954,26518 207,18438 0,051 14,3101 295,4265
4 - 6 5,6 403,2 -
5,7409 0,025 -
15900,4398 2769,6826 0,051 -5,6899 1590,044
5 - 6 22,2 1598 6,2591 0,030 53720,1263 8582,7083 0,051 6,31012 5372,013
1588,86781 16838,498 11175,99
11175,99152
> 1588,87
OK
CUARTA VUELTA
Tabla 7.8. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
1 - 2 19,9 1433 -
9,5669 0,065 -
21966,4301 2296,0885 0,02445 -9,5424 2196,643
1 - 3 3,5 252 20,401 0,265 951,789883 46,653832 0,02445 20,4256 95,17899
2 - 4 5,8 417,6 -
5,3669 0,022 -
18654,0546 3475,765 0,02445 -5,3424 1865,405
3 - 4 22,2 1598 7,323 0,040 40180,1579 5486,8499 0,04014 7,36313 4018,016
511,463118 11305,357 8175,243
8175,243243
> 511,463
OK
Tabla 7.9. Cálculo de caudal Tramo H 72H Q (Q^1,85)/1000 Le Le/Q Delta Q Q 0,1[Le]
3 - 4 22,2 1598 -7,323 0,040 -
40180,1579 5486,8499 -0,0401 -7,3631 4018,016
3 - 5 5,6 403,2 14,31 0,137 2934,81461 205,08671 -0,0157 14,2944 293,4815
4 - 6 5,6 403,2 -
5,6899 0,025 -
16165,1318 2841,0303 -0,0157 -5,7056 1616,513
5 - 6 22,2 1598 6,3101 0,030 52919,5754 8386,466 -0,0157 6,29443 5291,958
-
490,899719 16919,433 11219,97
11219,96797
> -490,9
OK
37
Tabla 7.10. Factores DIAMETRO - F1 Y F2
ɸ" C=150
3 55,56
4 13,71
6 1,913
8 0,472
10 0,16
12 0,066
14 0,031
16 0,016
18 0,009
20 0,005
22 0,003
24 0,002
Tabla 7.11. Cálculo de diámetro TRAMO Le L L/Le (L/Le)^0,206 ɸ" (mm) ɸ" L1 ɸ" L2 ɸ"
1-2 21966,43 428,68 0,0195 0,4444 77,07 3,03 44,230 4 384,45 3
1-3 951,79 215 0,2259 0,7360 127,63 5,02 169,184 6 45,82 4
2-4 3475,77 215 0,0619 0,5637 97,74 3,85 202,381 4 12,62 3
3-4 5486,85 428,68 0,0781 0,5915 102,56 4,04 33,089 6 395,59 4
3-5 2934,81 215 0,0733 0,5837 101,21 3,98 215,307 4 -0,31 3
4-6 16165,13 215 0,0133 0,4107 71,21 2,80 100,830 4 114,17 3
5-6 52919,58 428,68 0,0081 0,3708 64,30 2,53 695,391 4 -266,71 3
38
CONCLUSIONES
Para un ingeniero civil es de gran importancia el conocimiento acerca del diseño
deacueductos para la distribucion de agua potable a los habitantes de un
determinado sector.
Este proyecto nos permite conocer de manera muy detallada el proceso de
diseño y nos da una visión de la manera constructiva en que podría ejecutarse
un proyecto de acueducto.
El diseño de un acueducto es de gran importancia para una comunidad, por lo
tanto necesita ser diseñado con el mayor cuidado posible.