Transcript dotaciones ii

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO
(UTESA)
Sistemas de Agua Potable
Tendencias de
crecimiento de la
población
Tendencias de crecimiento de la
población
 El crecimiento poblacional es función de factores
económicos, sociales y de desarrollo industrial.
 UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA DEBE SER
CAPAZ DE PROPICIAR Y ESTIMULAR ESE DESARROLLO, NO
DE FRENARLO, PERO EL ACUEDUCTO ES UN SERVICIO
CUYOS COSTOS DEBEN SER RETRIBUIDOS POL LOS
BENEFICIARIOS, PUDIENDO RESULTAR EN COSTOS MUY
ELEVADOS SI SE TOMAN PERÍODOS MUY LARGOS PARA
CIUDADES CON DESARROLLOS MUY VIOLENTOS, CON LO
CUAL
PODRÍA
PROPORCIONARSE
UNA
QUIEBRA
ADMINISTRATIVA.
Tendencias de crecimiento de la
población
 DE ACUERDO A LAS TENDENCIAS DE CRECIMIENTO DE LA
POBLACIÓN ES CONVENIENTE ELEGIR PERÍODOS DE DISEÑO
MÁS LARGOS PARA CRECIMIENTOS LENTOS Y VICEVERSA.
 LA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE
ABASTECIMIENTO DE AGUA DE UNA LOCALIDAD DEBE SER
DEPENDIENTE DE SU COSTO TOTAL CAPITALIZADO.
GENERALMENTE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTOS SE
DISEÑAN Y CONSTRUYEN PARA SATISFACER UNA POBLACIÓN
MAYOR QUE LA ACTUAL( POBLACIÓN FUTURA).
Estimación de la Población
 Es la cantidad de personas que se espera tener en
una localidad al final del Periodo de diseño del
sistema de Agua Potable o Alcantarillado.
 El Crecimiento de las Ciudades está sujeto a
planes de desarrollo. Para su crecimiento se
consideran las Zonas de Reserva previstas para el
desarrollo de la Ciudad a corto mediano y largo
plazo. PLANIFICACION URBANA.
 En el Caso de aprovisionamiento básico de
Saneamiento, es necesario conocer la definición
de los usos del Suelo, según los Programas al
respecto, para poder predecir la Población a
servir y Diseñar la infraestructura de estos
servicios con Proyección futura.
 Debido a que la población es siempre un factor
relevante en la estimación futura del Consumo de
Agua, en la ocupación del suelo disponible, en la
ampliación del fondo legal, en la generación de
bienes y servicios, etc., es necesario predecir de
alguna manera, cual será el incremento de la
misma en tiempos determinados.
 En el Diseño y Operación de sistemas
relacionados con el Agua (suministro, tratamiento
y desalojo), se requieren estimaciones de la
Población a corto plazo (1 – 10 años) y a Largo
Plazo (10 – 50 años).
 Las predicciones de la Población son complejas y
ciertamente las estimaciones pueden ser erróneas
en cierto grado, dependen de componentes o
factores particulares que pueden alterar el
desarrollo Demográfico de la Comunidad.
Los factores que influyen en la Población y la tasa de su Crecimiento, incluyen :
1.
Tasas de Nacimiento – Defunciones.
2.
Tasas de Emigración – Inmigración.
3.
Anexión.
4.
Urbanización.
5.
Políticas de descentralización de actividades Económicas.
6.
Descubrimiento de nuevos Recursos Naturales.
7.
Desarrollo de nuevas Industrias.
8.
Actividad Comercial.
9.
Uso del suelo.
10.
Incremento en la esperanza de Vida.
 Una vez fijada la vida útil de la obra, realizadas las
investigaciones preliminares y la combinación de
otros factores, se determina el desarrollo futuro que
probablemente tendrá la población en estudio,
considerando el incremento de habitantes, así como
el tipo, número y magnitud de actividades.
 Entonces es válido decir, en cierta medida, que la
estimación del consumo o la aportación de agua
potable está en función de la variación de la
población basada en la proyección histórica de la
misma; simultáneamente a una estimación a futuro
del uso del agua para los diferentes propósitos.
 La fuente de información más importante para
obtener datos, son los censos levantados por el
Instituto Nacional de Estadística, Geografía e
Informática (INEGI), que los realiza cada diez
años.
 Las Estimaciones de la población se obtienen
aplicando los Métodos existentes para el cálculo
de la población en un tiempo deseado
(intercensal o postcensal), basándose en la
interpolación y la extrapolación, según distintos
Modelos Matemáticos.
 Concluyendo que la cuantificación de la
evolución Demográfica puede ser definida
anticipadamente con cierta precisión; y en donde
hay que proceder con cautela y aplicar la
experiencia para
predicción a usar.
decidir
algún
Método
de
Los Métodos más usuales para la estimación de la
población a futuro o de Proyecto son:
 Método Aritmético.
 Método del Porcentaje Uniforme.
 Método Prolongación de la Curva a ojo.
 Método Logístico.
 Método de Crecimiento Declinante.
 Método de la Proporción.
Método Aritmético
 Su Hipótesis se basa en el hecho de que la tasa de
crecimiento es constante. La validez de este
método se puede verificar examinando el
crecimiento de la comunidad para determinar si
se han producido incrementos aproximadamente
iguales entre los Censos Recientes.
En términos Matemáticos, la Hipótesis puede ser
expresada como:
dp = K
dt
En donde dp/dt es la tasa de cambio de la población y K es
una constante. K se puede determinar gráficamente, o a
partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:
K=ΔP
Δt
La Población futura es luego estimada a partir de
Pt = Po + Kt
Pt = Población en algún tiempo futuro.
Po= Población Actual.
t = Periodo de la Proyección.
población actual y futura
Población actual
 Ejem.:
 Una urbanización de 300 viviendas.
 6habitantes por viviendas.
 Pac= 300x6=1800 personas
 Población futura
 Pf=Pac(1+R)^n
 R=tasa de crecimiento anual(2.5%).
 N=período de diseño( 20 @ 40 ).
 Pf=1800( 1+2.5/100)^20=2,950 personas
Método del Porcentaje Uniforme
Se sustenta en la hipótesis de un porcentaje de
crecimiento Geométrico o Uniforme donde se supone
que la tasa de incremento es proporcional a la
Población:
dp = K’P
dt
De la integración de esta Ecuación resulta
Ln P = Ln Po + K’Δt
Método Prolongación Curva de Ojo
 Esta técnica consiste en la Proyección Grafica de
las curvas de crecimiento de la Población en el
pasado, manteniendo cualquier tendencia o
inclinación que la información Histórica indique.
Método Logístico
 La Curva Logística usada en el modelo de
crecimiento de Población tiene forma de S; se
combina una tasa geométrica de crecimiento para
baja población con una tasa decreciente a medida
que la ciudad se aproxima a algún limite de
población. La Hipótesis de crecimiento Logístico
puede ser verificada representando los datos del
censo en Papel Logístico, en el cual aparecerá una
línea recta si la Hipótesis es valida.
P =
Psat
1+ ea+b Δt
Psat = 2P0P1P2 – P12 (P0 + P2)
P0P2-P12
a = Ln Psat – P2
P2
b = 1 Ln P0(Psat - P1)
n
P1(Psat – P0)
PERÍODOS DE DISEÑOS
FUENTES SUPERFICIALES
PERÍODOS
SIN REGULACIÓN: DEBEN PROVEER UN
CAUDAL MÍNIMO:
20 @ 30 AÑOS
CON REGULACIÓN: LAS CAPACIDADES DE
EMBALSE DEBEN BASARSE EN REGISTRO
DE ESCORRENTÍA:
20 @ 30 AÑOS
FUENTES SUBTERRÁNEAS
PERÍODOS
EL ACUÍFERO DEBE SER CAPAZ DE
SATISFACER LA DEMANDA PARA UNA
POBLACIÓN FUTURA:
20 @ 30 AÑOS
OBRAS DE CAPTACIÓN
PERÍODOS
DIQUES-TOMAS
15 @ 25 AÑOS
DIQUES-REPRESAS
30 @ 50 AÑOS
ESTACIONES DE BOMBEO
PERÍODOS
BOMBAS Y MOTORES, CON UNA
DURABILIDAD RELATIVAMENTE CORTA:
10 @ 15 AÑOS
LAS INSTALACIONES Y EDIFICIOS PUEDEN
SER DISEÑADOS, TOMANDO EN CUENTA LAS
POSIBILIDADES DE AMPLIACIONES FUTURAS
Y CON PERÍODOS DE DISEÑO DE:
20 @ 25 AÑOS
PERÍODOS DE DISEÑOS
LÍNEAS DE ADUCCIÓN
20 @ 40 AÑOS
PLANTAS DE TRATAMIENTO
10 @ 15 AÑOS
REDES DE DISTRIBUCIÓN
GENERALMENTE:
20 AÑOS
REDES DE DISTRIBUCIÓN
GENERALMENTE DE GRAN
MAGNITUD:
30 @ 40 AÑOS
ESTANQUES DE
ALMACENAMIENTO
PERÍODOS
DE CONCRETO
30 @ 40 AÑOS
METÁLICOS
20 @ 30 AÑOS
Consumos y Variaciones
• Caudales de diseño
• Caudal promedio
• Qm = Dotación * Población
•
86,400
Consumos y Variaciones
• Caudales de diseño
• Caudal máximo diario
•
Qmáx diario = Qm * Cvd
•
Cvd = 1.25 (variación diaria)
•
Conducción y Almacenamiento
Consumos y Variaciones
• Caudales de diseño
• Caudal máximo horario
•
Qmáx horario = Qm * Cvh
•
Cvh = 2.0 (variación horaria)
•
Redes de distribución
Consumos y Variaciones
Demanda de incendio
•
En las localidades donde sea necesario atender la demanda contra
incendio, deben ubicarse hidrantes en función de las necesidades, equipo
disponible y experiencia del cuerpo de bomberos.
•
•
En condiciones de emergencia se acepta que el suministro de la red de
distribución se destine a la zona de conflicto, mediante el manejo de
válvulas, disminuyendo el servicio a los usuarios.
DISEÑO DE REDES DE AGUA
POTABLE
•
•
•
SE UTILIZA PRINCIPALMENTE LA FORMULA DE HAZEN – WILLIAMS
•
QUE COMBINADA CON LA ECUACION DE CONTINUIDAD Q=VXA PUEDE
ESCRIBIRSE EN LA FORMA:
V = 1.318 C R0.63
S0.54
•
•
h = α L Q1.85
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
EN ESTA EXPRESION:
L = LONGITUD DE LA TUBERIA , METROS
h = PERDIDA DE CARGA, METROS
α = COEFICIENTE QUE DEPENDE DE C Y DEL DIAMETRO
Q = CAUDAL, LPS
VALORES DEL COEFICIENTE C MAS UTILIZADOS
HIERRO FUNDIDO
100
HIERRO FUNDIDO DUCTIL
100
HIERRO GALVANIZADO
100 – 110
ASBESTO CEMENTO
120
POLICLORURO DE VINILO (PVC)
140
VELOCIDADES PERMISIBLES
VELOCIDADES PERMISIBLES
•
EXISTE UN CUADRO QUE MUESTRA LA
RELACION DIAMETRO-VELOCIDAD ECONOMICA,
QUE PUEDE UTILIZARSE PARA SELECCIONAR EL
DIAMETRO DE TUBERIA QUE PERMITE MANEJAR
LOS CAUDALES Y VELOCIDADES DE MANERA QUE
LAS PERDIDAS SEAN ACEPTABLES. EL CUADRO SE
PRESENTA A CONTINUACION.
VELOCIDADES PERMISIBLES
Fuentes de Abastecimiento
Los ingenieros nos interesamos por la hidrología, ya que
los abastecimientos de agua son tomados de corrientes,
embalses y pozos que son alimentados directa o
indirectamente por la precipitación. También nos
interesamos por los caudales máximos y mínimos de
escorrentía; volumen total de flujo, sequías y condiciones
promedio, datos que son necesarios para el diseño de
Embalses, vertederos, alcantarillas para aguas de lluvia
y otras estructuras hidráulicas
Características de las Aguas Superficiales y Subterráneas
Aspectos cuantitavos y de explotación
Aguas superficiales
Generalmente
mayores caudales
Caudales variables
Aguas subterráneas
aportan Generalmente
caudales bajos
aportan
Poca variabilidad de caudal
No
siempre
precisan Generalmente
requieren
bombeo
bombeo
Costo bombeo bajos
Costo bombeo altos
Generalmente la captación Permite más cercanía al sitio
debe hacerse distante del de utilización
sitio de consumo
Características de las Aguas Superficiales y
Subterráneas
Aspectos cualitativos
Turbiedad
Variable
Prácticamente ninguna
Color
Variable
Bajo o ninguno
Temperatura
Variable, gral. muy Constante,
alta
subsuelo
Mineralización
Dureza
Variable
Depende del subsuelo
GENERALMENTE
Alta, depende del suelo
depende
del
baja
Estabilización
Variable,
corrosivas
gral. Constante (incrustaciones)
Contaminación
bacteriológica
Variable,
gral. Constante,
contaminadas
ninguna
Contaminación
radiológica
Expuestas a cont. Protegida
contra
directa
contaminación directa
gral.
poca
o
Medición de la precipitación
La precipitación, incluyendo lluvia, nieve, granizo y agua
nieve es la principal fuente de agua en ríos, quebradas,
lagos, manantiales y pozos. En ausencia de registros de
flujo en corriente, los datos de precipitación son la base
para estimar la magnitud de las crecientes, los caudales
de estiaje y el rendimiento de la cuenca.
La precipitación media anual es quizá la forma más
común de dichos datos
Fuentes Superficiales
 PUEDEN SER
corrientes de flujo pequeños pero
con avenidas adecuadas, que se almacenan en
sitios adyacentes a la corriente, para su uso en
las estaciones donde no es POSIBLE SUPLIR LA
DEMANDA.
 SON
Corrientes de caudal insuficiente en tiempo
de estiaje, pero volumen total anual adecuado
Fuentes Superficiales
Las
aguas superficiales, constituidas por ríos,
quebradas y lagos, requieren para su utilización de
información detallada y completa que permita
visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y
calidad del agua
Estado sanitario de la fuente
Fuentes Superficiales
a.
b.
c.
d.
Naturaleza de la geología superficial (rocosa, arcillosa,
arenosa, etc.)
Características de la vegetación (bosques, terrenos
cultivados e irrigados)
Presencia o ausencia de moradores en los márgenes ,
principalmente aguas arriba de los sitios de captación
Distancias o focos de contaminación (descargas de
aguas negras, cochineras, balnearios, lavaderos, etc.)
Caudales disponibles
Fuentes Superficiales
La utilización de una fuente de abastecimiento supone suficiente
capacidad para suplir el gasto requerido durante el período de
diseño prefijado para el sistema de abastecimiento
Debemos verificar la posibilidad de suministro constante, YA sea
porque los aforos mínimos representan valores superiores a la
demanda o porque sea factible establecer una regulación de sus
gastos de forma que el período de crecidas permite almacenar
volúmenes compensatorios de la demanda en la época de sequía.
Para esto debemos disponer de los registros de escorrentía durante
períodos lo suficientemente largos que permitan predecir la situación
en lapsos similares a los del período de diseño
Factores que afectan la escorrentía
La precipitación es el principal factor individual que
afecta el caudal de una cuenca. Es evidente que la
cantidad de lluvia es importante, pero la distribución
tanto temporal como espacial puede ser igualmente
significativa.
La topografía y la geología local influyen en la regulación
y la cantidad de escorrentía.
La evaporación es una función de la temperatura, de la
velocidad del viento y de la humedad relativa.
Factores que afectan la escorrentía
La intercepción comprende aquella precipitación que es
retenida sobre las hojas y otras superficies y nunca
alcanza el suelo.
El
almacenamiento en depresiones es aquella
PRECIPITACION que es retenida en áreas de bajo nivel
durante eventos de escorrentía.
La infiltración es afectada por el tipo de suelo, la
intensidad de lluvia, la condición de la superficie y la
vegetación (la cual puede alterar la porosidad del suelo).
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Cuando los aforos mínimos del río INDICAN QUE
en determinadas épocas no son suficientes para
cubrir la demanda, es posible lograr, mediante el
represamiento de aguas en época de crecidas,
compensar el déficit y aportarlo para satisfacer la
demanda.
Existen varios métodos para determinar los
volúmenes de almacenamiento requeridos para
satisfacer las demandas de agua
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Método de diagrama de masas (RIPPL)
Debe disponerse de una serie de registros
hidrológicos de la fuente durante un período
igual o mayor al período de diseño. En cualquier
caso, debe disponerse de los registros de
escorrentía de un período no menor de 20 años
CARACTERISTICAS DE LA CURVA MASA
 LA DIFERENCIA DE ORDENADAS PARA DOS TIEMPOS
CUALESQUIERA REPRESENTA EL VOLÚMEN
CONSUMIDO.
 LA PENDIENTE DE LA TANGENTE EN UN PUNTO,
REPRESENTA EL CAUDAL EN ESE INSTANTE.
 LA PENDIENTE DE LA RECTA ENTRE DOS PUNTOS
CUALESQUIERA ES EL CAUDAL MEDIO EN ESE
INTERVALO.
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Método de diagrama de masas
Un método de diseño ordenado seria:
 Seleccionar, en forma gráfica o analítica, el período MAS
seco (entre todos los años de registro)
 Construir el gráfico o diagrama de masa para el período
seleccionado
 Trazar tangentes paralelas a la línea de demanda
 Determinar la DIFERENCIA MAXIMA de la
DEMANDA
RESPECTO A LA DISPONIBILIDAD, lo cual
define la
capacidad de embalse requerida
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Método de meses más secos
Se define mes seco a aquel cuyo gasto de aforo es menor que el
gasto de demanda en el mismo lapso. Se selecciona de una serie de
registros mensuales de aforos el mes más seco y se determina el
déficit para ese período; se procede luego a seleccionar los dos
meses más secos consecutivos y así sucesivamente se van
determinando los déficit de cada periodo considerado respecto a la
demanda. Ello va provocando incrementos del déficit, hasta un
momento en que este déficit se hace menor
La capacidad del embalse está determinada por el mayor déficit
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Método estadístico
Un método de diseño ordenado seria:
1.
Obtener el gasto medio de escorrentía, para los años de registros
disponibles:
Qm= Qa/N
2.
Determinar la desviación Standard:
s = ( D2/N-1)1/2
3.
Determinar el coeficiente de variación:
CV = s/Qm
Fuentes superficiales que requieren
regulación
Método estadístico
4.
Determinar la relación entre demanda y el gasto medio disponible
5.
Con el valor del CV y el porcentaje del gasto medio disponible,
obtener en las tablas correspondientes el coeficiente de embalse
6.
Determinar la capacidad del embalse mediante la aplicación del
coeficiente anterior
Fuentes superficiales sin regulación
Conocidos los datos de escorrentía, se debe analizar la
fuente superficial sin necesidad de regularla, en cuyo
caso el gasto mínimo para el período de registros debe
ser superior al gasto del día de máximo consumo para el
período de diseño fijado
La utilización de una fuente superficial sin regulación
supone el diseño de obras de captación específicas, de
acuerdo a las características particulares del río o
quebrada utilizada
Fuentes superficiales sin regulación
(Captación)
Directamente de Ríos
Localización en tramos rectos y sólo en casos
especiales en tramos curvos.
En el caso de tomas por conductos, la carga
sobre este debe ser 3 veces su diámetro o
mayor.
Conservar la altura sobre el fondo para evitar
entrada de arena.
Fuentes superficiales sin regulación
(Captación)
Otras
 En manantiales son Tanquillas de recolección, con un
vertedor de demasías con registro y válvula y protección
de zanja alrededor
 Galería de infiltración consiste en una canalización, túnel
o tubería ranurados, construidos por debajo del nivel
freático de estratos acuíferos cercano a ríos, PARA
interceptar la corriente, provocando su captación.
FUENTES SUBTERRANEAS
Introducción
Para explotar racionalmente este recurso importante será
necesario hacer lo que se conoce como un estudio
geohidrológico, que consta de tres partes principales:
Exploración, Cuantificación y Predicción.
La etapa de EXPLORACION O PROSPECCION tiene por
objeto la localización de los acuíferos y la definición de la forma
y dimensiones del mismo, así como el estudio de todos
aquellos aspectos hidrológicos y geológicos que puedan
proporcionar una idea cualitativa de la posible disponibilidad de
aguas subterráneas.
La etapa de CUANTIFICACION tiene por objeto estudiar el
comportamiento del acuífero frente a la acción combinada de su
recarga y descarga para determinar el volumen que se infiltra en el
área estudiada.
La etapa de PREDICCION es la más importante del estudio y tiene
por objeto predecir mediante modelos matemáticos o analógicos,
previamente calibrados, la evolución de los niveles de agua
subterránea para las alternativas de explotación futura que se desean
estudiar, principalmente el comportamiento futuro de los acuíferos
frente a cualquier alternativa de bombeo, que en última instancia es lo
que verdaderamente importa, ya que es la única forma de poder
manejar adecuadamente las aguas subterráneas