3. Cálculos y diseños
3.2. Red de aducción y distribución
3.2.1. Red de aducción
Criterios para el diseño
Para el diseño la línea de aducción por gravedad se tiene en consideración los siguientes criterios:
Carga disponible o diferencia de elevación.
La presión dinámica mínima en la línea de aducción es equivalente a cinco metros de columna de agua.
De acuerdo a las condiciones más críticas en ningún punto la tubería debe funcionar a presión superior a la de trabajo especificada por el fabricante.
El diámetro mínimo de las tuberías en la línea de aducción es de 25 mm (1”). Estructuras complementarias que se precisen para el buen funcionamiento, tales
como, tanques rompe presión, válvulas de purga, válvulas de aire, etc.
De acuerdo al numeral, 5.2.4.2, de las normas de diseño EX-EOS, en lo posible se toma 0.45 m/s como velocidad mínima, para conducciones que funcionan a gravedad, con superficie libre o a presión, si el agua no contiene partículas en suspensión (arena - limo) no es necesario considerar una velocidad mínima.
Para evitar el desgaste de las paredes del conducto se utilizan las velocidades recomendadas por las normas del EX – IEOS, así tenemos para PVC se recomienda una velocidad máxima de 2.5 m/s.
3.2.1.1. Características de la aducción.
Después de seleccionar el diámetro y trazado de la red, se considera las obras de arte; válvulas de desagüe en los puntos más bajos y válvulas de aire en las partes más altas, que se instalan dentro de cámaras de hormigón, provistas de una tapa de seguridad.
3.2.1.2. Dispositivos reductores de presión. Tanque rompe presión.
Estructura contenedora, que se utiliza en sistemas por gravedad para comunicar a la conducción con la atmósfera, disminuyendo así las cargas piezométricas ejercidas sobre la tubería. Según recomendaciones del EX - IEOS, éstos se ubican aproximadamente cada 70 m de desnivel.
Celeridad.
Se define como la velocidad de propagación de la onda, la misma que puede ser calculada mediante la siguiente ecuación propuesta por Korteweg:
=
Ecuación 3.87
Dónde:
a: Celeridad de la onda, en m/s.
K: Módulo de comprensibilidad volumétrico del fluido, en N/m2.
ρ: Densidad del agua, igual a 1000 kg/m3.
E: Módulo de Young, en N/m2.
D: Diámetro interno, en mm. e: Espesor de la tubería, en mm.
El módulo de Young de acuerdo al material se presenta en la siguiente tabla: Tabla 3.12. Módulo de Young de materiales
Material Módulo de elasticidad (en MPa = 106Nw/m2)
Acero 210000
Cobre 100000-130000
Fibrocemento 24500
Fundición dúctil 165000
Hormigón 15000-30000
Hormigón armado camisa chapa 40000
Perpex 6500
Plomo 5000-20000
Polibutileno 900
Poliéster 5000
Polietileno baja densidad 220
Polietileno media densidad 400
Polietileno alta densidad 900
Polipropileno 950
PVC rígido 2950
Roca 50000-60000
Fuente: Apuntes de Hidráulica I, Ing. Holger Benavidez. 3.2.1.3. Ejemplo de cálculo.
Punto de inicio de aducción = 0+00.00 (Captación) Cota de captación o inicio de aducción = 1248.30 msnm
Punto final, abscisa = 0+428.76
Cota de llegada = 1183.88 msnm
Material = PVC
Caudal de aducción = 0.88 l/s
Diámetro designado = 40 mm
Diámetro interno nominal = 36.20 mm
• Longitud del tubo, distancia inclinada:
. = . + Ecuación 3.88
Long.Tubo = 433.57m • Longitud, distancia inclinada + 5%:
. + % = ( . ) % Ecuación 3.89 Long.Dis = 455.25m • Velocidad: = Ecuación 3.90 Dónde:
V: Velocidad del flujo, en m/s. Q: Caudal, en m3/s.
D: Diámetro interno de la tubería, en m.
V = 0.86 m/s • Número de Reynolds:
=
Ecuación 3.91
Dónde:
V: Velocidad del flujo, en m/s.
D: Diámetro interno de la tubería, en m.
vc: Viscosidad cinemática a 20oC, 1.007 x 10-6m2/s (Saldarriaga, 2007)
Re = 30736.52 • Coeficiente de fricción.
= . . Ecuación 3.92
Dónde:
f: Coeficiente de fricción (tubos lisos y Re < 100000) Re: Número de Reynolds
f = 0.023 • Pérdidas: Por fricción. = Dónde:
hf: Pérdida de carga o de energía, en m. Q: Caudal, en m3/s.
f: Factor de fricción de Darcy, adimensional. D: Diámetro interno de la tubería, en m. L: Longitud de la tubería, en m. hf = 8x0.023x433.57 π x9.81x0.0362 x0.00088 hf = 10.66 m Por accesorios. =
Dónde:
K: Coeficiente de pérdidas menores, igual a 0.41 para codos de 45o.
v: Velocidad, en m2/s.
g: Aceleración de la gravedad, igual a 9.81 m/s2.
hm = 0.0000255 m Pérdidas acumuladas.
= + Ecuación 3.93
Dónde:
hfacum: Pérdidas acumuladas, en m.
hf: Pérdidas por longitud, en m. hm: Pérdidas menores, en m.
hfacum = 10.66 m
• Presión estática:
= – Ecuación 3.94
Dónde:
Pe: Presión estática, en m.
Ct: Cota inicial del terreno o tanque rompe presión, en msnm. Cp: Cota del punto, en msnm.
Pe = 64.42m • Presión dinámica:
= − Ecuación 3.95
Dónde:
Pd: Presión dinámica, en m.c.a. Pe: Presión estática, en m.c.a. hfacum: Pérdidas acumuladas, m.
Pd = 53.76m. c. a • Cota piezométrica:
= − Ecuación 3.96
Dónde:
Ct : Cota del tanque, en msnm. hfacum : Pérdidas acumuladas, en m.
CP = 1237.64 • Celeridad: = + Dónde: a: Celeridad de la onda, en m/s.
K: Módulo de comprensibilidad volumétrico del fluido, en N/m2.
ρ: Densidad del agua, igual a 1000 kg/m3.
E: Módulo de Young, en N/m2. D: Diámetro interno, en mm. e: Espesor de la tubería, en mm. a = 379.55m/ s • Golpe de ariete: =
Ecuación 3.97 Dónde:
ha: Golpe de ariete, enm.c.a. a: Celeridad de la onda, en m/s. g: gravedad, en m/s2.
ha = 33.08m. c. a • Sobrepresión:
= + Ecuación 3.98
Dónde:
Sp: Sobrepresión, en m.c.a. ha: Golpe de ariete, en m.c.a. Pd: Presión dinámica, en m.c.a
Sp = 86.84m. c. a
A continuación se presenta el resumen del diámetro y longitud requerida para la nueva aducción:
Tabla 3.13. Resumen de diámetros en la aducción.
Desde Hasta Diámetro Longitud
Captación Plantan de Tratamiento 40 mm x 1.25 MPa 1561.14 m
Elaboración: El Autor.
Para la línea de aducción se necesita las siguientes obras de arte las mismas que se detallan a continuación:
Tabla 3.14. Resumen de obras de arte en línea de aducción.
Válvulas de desagüe
Descripción Cantidad Diámetro
0+680.56 1 40 mm x 1.25 Mpa
1+656.34 1 40 mm x 1.25 Mpa
1+718.03 1 40 mm x 1.25 Mpa
Válvulas de aire
Descripción Cantidad Diámetro
1+679.97 1 40 mm x 1.25 Mpa
Tanque rompe – presión
Descripción Cantidad Diámetro de entrada y salida
0+472.79 1 40 mm x 1.25 Mpa
0+926.53 1 40 mm x 1.25 Mpa
Elaboración: El Autor
En el Anexo 9f se presenta el diseño hidráulico de la línea de conducción. 3.2.2. Red de distribución.
Para el diseño la línea de la línea de distribución se tiene en consideración los siguientes criterios:
Cualquiera que sea el nivel de servicio, la red de distribución es diseñada para el caudal máximo horario.
La red puede estar conformada por ramales abiertos, mallas o combinación de los dos sistemas.
Las Normas de la SSA, recomiendan que la presión estática máxima sea de 40 m.c.a, la presión dinámica máxima de 30 m.c.a y la mínima será de 7 m.c.a.
La red debe disponer de válvulas que permitan independizar sectores para su operación o mantenimiento, sin necesidad de suspender el servicio en toda la localidad.
El diámetro nominal mínimo de los conductos de la red de distribución será de 19 mm (3/4”).
Descripción de la red
Las red de distribución que se diseña está conformada por diferentes ramales cerrados en la parte central del pueblo y abiertos a sus alrededores ya que la población es dispersa; el caudal de diseño de la red de distribución para el proyecto es igual a 1.92 l/s.
Tabla 3.15. Resumen del diseño hidráulico de la red de distribución
Diámetro Longitud (m) 50 mm x 0.80 Mpa 2773.47 40 mm x 1.00 Mpa 1552.45 25 mm x 1.60 Mpa 25.46 20 mm x 2.00 Mpa 1645.56 Elaboración: El Autor
4. Impacto ambiental. 4.1. Antecedentes.
El presente capitulo corresponde al Estudio de Impacto Ambiental del Proyecto “Estudio y Diseño del Sistema de Agua Potable del barrio Chamico, Cantón Zamora, Provincia de Zamora Chinchipe”, es importante tener presente las medidas adecuados para que los impactos negativos de la obra en el medio ambiente y en la población sean menores implementando medidas de prevención en las condiciones actuales de vida.
El propósito principal del Estudio de Impacto Ambiental es de revisar los aspectos de las diferentes fases del proyecto que deban enmarcarse dentro de las normas legales ambientales vigentes.
La meta de este estudio es determinar los impactos positivos y negativos como consecuencia de la implementación del proyecto e integrar acciones de prevención de impactos negativos en todas las fases del proyecto minimizando así la necesidad posterior de numerosas medidas mitigadoras.
4.2. Metodología.
Para el desarrollo del estudio de impacto ambiental primeramente se realiza el análisis de las actividades correspondientes al proyecto, para luego identificar los efectos e impactos que cada actividad va a producir, esto se analizó en las diferentes etapas; de diseño, de construcción, de operación y mantenimiento, y por último la etapa de cierre o abandono. Además, el proceso se evaluación del impacto ambiental será ejecutado de acuerdo a los estándares ambientales ecuatorianos.
4.3. Aspectos legales.
El cuerpo legal vigente que a continuación se menciona tiene relación con este proyecto, y, constituye el marco de referencia que define la calidad ambiental a mantenerse en el área de influencia del proyecto.
Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio (TULSMA) Decreto Ejecutivo 3516 del 31 de Marzo de 2003.