UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
''Estudios definitivos del sistema de agua potable, para el Barrio Valle del
Quimi, cantón El Pangui, provincia de Zamora Chinchipe''
TRABAJO DE TITULACIÓN
AUTOR:
Herrera González, Jhon Patricio
DIRECTOR:
Benavides Muñoz, Holger Manuel, Ph. D
LOJA
–
ECUADOR
Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC
BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y
comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con
fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al
ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DE TRABAJO DE TITULACIÓN
Ph.D.
Holger Manuel Benavides Muñoz
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
El presente trabajo
de titulación “Estudio definitivo d
el sistema de agua potable, para el
Barrio Valle del Quimi, cantón El Pangui, provincia d
e Zamora Chinchipe” realizado por Jhon
Patricio Herrera González, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se
aprueba la presentación del mismo.
Loja, abril de 2016.
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
Yo, Jhon Patricio Herrera González declaro ser autor del presente trabajo de titulación:
“
estudio definitivo del sistema de agua potable, para el Barrio Valle del Quimi, cantón El
Pangui, provincia de Zamora Chinchipe” de la Titulación de Ingeniería Civil siendo Holger
Manuel Benavides Muñoz director del presente trabajo; y eximo expresamente a la
Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos
o acciones legales. Además, certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados
vertidos en el presente trabajo son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de
la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice:
“Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones,
trabajos científicos o técnicos y tesis de grado o trabajos de titulación que se realicen con el
apoyo financiero, académico o institucional (op
erativo) de la Universidad”
DEDICATORIA
De todo aprecio y corazón va de dicado este trabajo de titulación:
En primer lugar, a Dios que es mi guía, que me da fuerza, esperanza y fe para seguir hacia
adelante.
A mis Padres: Luis Herrera y Dolores González, gracias a su amor infinito que me dan,
confianza, apoyo y sus consejos para seguir luchando y cumplir mis sueños de ser un
Ingeniero civil.
A mis hermanos Jairo, Joselo, Luis y Diego por su apoyo y su amor incondicional.
A mis sobrinos que son mi motivación días tras días.
A mis familiares y amigos por apoyarme siempre en la vida.
AGRADECIMIENTO
Primeramente a Dios, por darme un maravilloso hogar, donde nos damos fuerzas, fe
y esperanza días tras días en momentos difíciles.
A mis padres, Luis y Dolores, a pesar de momentos duros, siempre con su amor
infinito que me brindan confianza, su apoyo y sus consejos, para seguir luchando en
la vida y cumplir mi
s metas planteadas. “doy gracias a Dios por darme unos padres y
familia maravillosos”.
A mis hermanos Jairo, Joselo, Luis y Diego por su apoyo incondicional y siempre
están pendiente mí.
A todos mis familiares y amigos, por apoyarme siempre en la vida.
Al PhD. Holger Benavides, quién compartió sus valioso conocimiento durante la
trayectoria de director de tesis, por su tiempo, paciencia y su voluntad mediante el
trabajo de fin de titulación de ingeniería civil.
A la Universidad Técnica Particular de Loja, Titulación de Ingeniería Civil, a todo los
docentes de la UTPL, quienes han hecho posible mi formación de mi personalidad
humanista, criterios técnicos éticos y morales para mi dicha profesión.
Al gobierno autónomo descentralizado municipal del cantón El Pangui, por
Brindarme la oportunidad de desarrollar mí trabajo de titulación.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
CARATULA
i
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
ii
DECLARACIÓN DE AUTORIA Y CESIÓN DE DERECHOS
iii
DEDICATORIA
iv
AGRADECIMIENTO
v
ÍNDICE DE CONTENIDOS
vi
RESUMEN ...1
ABSTRACT ...2
INTRODUCCIÓN ...3
CAPÍTULO I ...4
1.
ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO ...4
1.1.
Informe general. ... 5
1.1.1.
Organización solicitante. ... 5
1.1.2.
Proyecto. ... 5
1.2.
Objetivos. ... 5
1.2.1.
General. ... 5
1.2.2.
Específicos. ... 5
1.3.
Ubicación geográfica y política del proyecto. ... 5
1.4.
Datos generales de la zona de estudio. ... 6
1.4.1.
Población. ... 6
1.4.2.
Educación. ... 7
1.4.3.
Vías de acceso. ... 7
1.4.4.
Actividad económica. ... 8
1.4.5.
Producción y comercialización. ... 8
1.4.6.
Electricidad y telefonía. ... 8
1.4.7.
Salud. ... 8
CAPÍTULO II ...11
2.
BASE DISEÑO ...11
2.1.
Cálculo de la población futura. ... 12
2.2.
Calidad de agua. ... 12
2.3.
Hidrología. ... 13
2.4.
Mecánica de suelo. ... 13
2.5.
Nivel de servicio del proyecto. ... 14
2.6.
Dotación del proyecto. ... 15
2.7.
Diseño de caudales de consumo... 16
2.7.1.
Consumo medio diario o caudal medio (Qm). ... 16
2.7.2.
Consumo máximo diario (QMD). ... 17
2.7.3.
Consumo máximo horario (QMH). ... 17
2.7.4.
Caudal de fuente (
). ... 17
2.7.5.
Caudal de captación (
). ... 18
2.7.6.
Caudal de conducción (
). ... 18
2.7.7.
Caudal de tratamiento (
). ... 19
2.7.8.
Caudal de distribución (
). ... 19
2.7.9.
Volumen de almacenamiento. ... 19
CAPÍTULO III ...21
3.
SISTEMA DE AGUA POTABLE ...21
3.1.
Introducción. ... 22
3.2.
Diseño de la captación. ... 22
3.3.
Diseño del desarenador. ... 32
3.4.
Diseño de la conducción del desarenador
–
planta de tratamiento. ... 34
3.4.1.
Aspecto general. ... 35
3.4.2.
Criterios de diseño. ... 35
3.4.3.
Tipo de tuberías a utilizarse en la conducción. ... 36
3.4.4.
Velocidades. ... 36
3.4.6.
Golpe de ariete. ... 36
3.4.7.
Cálculo hidráulico de la línea de conducción. ... 37
3.5.
Planta de tratamiento de agua potable... 38
3.6.
Red distribución. ... 48
CONCLUSIONES ... 50
RECOMENDACIONES ... 51
BIBLIOGRAFÍA ...52
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. Encuesta socio-económica.
Anexo 2. Datos topográficos.
Anexo 3. Estudio demográfico.
Anexo 4. Ensayos de laboratorio de agua.
Anexo 5. Estudio hidrológico.
Anexo 6. Informe de laboratorio de suelos.
Anexo 7. Diseño de la captación.
Anexo 8. Diseño del desarenador.
Anexo 9. Diseño de la conducción.
Anexo 10. Diseño hidráulico de las redes de distribución.
Anexo 11. Diseño del paso elevado.
Anexo 12. Diseño estructural.
Anexo 13. Presupuesto y cronograma de ejecución.
Anexo 14. Análisis tarifario.
Anexo 15. Matriz de Leopold.
Anexo 16. Viabilidad financiera.
Anexo 17. Viabilidad económica.
Anexo 18. Matriz de marco lógico.
Anexo 19. Especificaciones técnicas.
ÍNDICE DE PLANOS
Captación………....………...………..………….……….1-3
Desarenador……….………..
4-5
Planta compacta………..………..……….………...6-7
Planimetría global, línea de conducci
ón……….……
..8-16
RESUMEN
Este proyecto tiene como objetivo principal realizar el
“Estudio definitivo del sistema de
agua potable, para el Barrio Valle del Quimi, cantón El Pangui, provincia de Zamora
Chinchipe”.
Se busca de esta manera mejorar la calidad de vida, reducir enfermedades
causadas por no contar con los servicios de alcantarillado y agua potable de la zonta
estudio, través del gobierno autónomo descentralizado municipal del cantón El Pangui,
mediante un convenio con la Universidad Técnica Particular de Loja y la Fundación para el
Desarrollo Social y Empresarial, de tal manera que permita la construcción dicho proyecto.
La línea base para el diseño está en función de: encuestas socio-económica, estudio
demográfico, levantamiento topográfico, estudio de suelos, análisis de calidad de agua,
estudio hidrológico, evaluación económica.
El sistema de agua potable para el barrio Valle del Quimi está formado por los siguientes
compontes: captación, desarenador, línea conducción, planta de tratamiento y red de
distribución.
ABSTRACT
This project's main objective is to perform the "Final Study of Drinking Water for Quimi Valle
Del Barrio, el Pangui canton, province of Zamora Chinchipe". It seeks thus improve the
quality of life, reduce diseases caused by not having the sewerage and drinking water zonta
study by the Autonomous Government Decentralized Municipal el pangui canton, through an
agreement with the Technical University of Loja and the Foundation for Social and Business
Development, in such a way that allows the construction the project.
The line basis for the design is a function of: socio-economic surveys, demographic study,
survey, soil survey, water quality analysis, hydrological study, economic evaluation.
The potable water system for Quimi Valle neighborhood consists of the following
components: catchment, sand trap, driving line, treatment plant, storage tank and distribution
networks.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad el Barrio Valle del Quimi no cuenta con los servicios de alcantarillado y
agua potable, los habitantes están expuestos a enfermedades de origen hídrico.
El gobierno autónomo descentralizado municipal del cantón El Pangui en conjunto con la
Universidad Técnica Particular de Loja y la Fundación para el Desarrollo Social y
Empresarial, se dio el visto bueno para realizar la consultoría denominado
“estudio
definitivo del sistema de agua potable, para el Barrio Valle del Quimi, cantón El Pangui,
provincia d
e Zamora Chinchipe”.
Los apartados que posee el presente estudio son:
Estudios preliminares, donde se recopila la información base de la zona de influencia como
es: población actual, topografía, ubicación, clima, vías de comunicación y enfermedades del
sitio.
Bases de diseño, en esta parte se realiza un estudio demográfico para estimar la población
futura a ser servida para un periodo de diseño de 20 años, con estos datos se determinan
caudales de diseño.
Sistema de agua potable, mediante el estudio se diseñan los siguientes componentes:
captación, desarenador, línea de conducción, planta de tratamiento, red de distribución.
Una vez culminados las fases de diseño del sistema de agua potable, el gobierno autónomo
descentralizado municipal del cantón El Pangui puede dar inicio al proceso de adjudicación
para la construcción del dicho proyecto. Con esto se logra mejorar la condición de vida de
los residentes de la zona de estudio.
CAPÍTULO I
1.1. Informe general.
1.1.1.
Organización solicitante.
Gobierno autónomo descentralizado municipal del cantón El Pangui.
1.1.2.
Proyecto.
“Estudio
definitivo del sistema de agua potable, para el barrio Valle del Quimi, cantón El
Pangui, provincia de Zamora Chinchipe”.
1.2. Objetivos.
1.2.1.
General.
Realizar el estudio definitivo del sistema de agua potable, para el barrio Valle
del Quimi, cantón El Pangui, provincia de Zamora Chinchipe”.
1.2.2.
Específicos.
Realizar estudio demográfico.
Realizar estudio hidrológico.
Diseñar un sistema de agua potable que garantice el normal funcionamiento
durante el periodo de vida útil.
1.3. Ubicación geográfica y política del proyecto.
Figura 1.1.
Ubicación del proyecto, Barrio Valle del Quimi.
Fuente:
Gooble Earth
Elaboración: El autor
Las coordenadas de puntos estratégicos del proyecto, se indican en la Tabla 1.1, están en el
sistema UTM WGS84, Zona 17.
Tabla 1.1:
Coordenadas del localización del proyecto.
SITIO
COORDENADAS UTM
COTA
N
E
msnm
Captación
9609987
782371
950
Población
9608610
782621
811
Fuente:
El autor
Elaboración: El autor
1.4. Datos generales de la zona de estudio.
1.4.1.
Población.
Para determinar la población existente en el barrio Valle del Quimi se elaboró una encuesta
socio económica en el año 2015, el número de habitantes de la zona estudio obtuvo de
104.
[image:17.595.87.531.85.342.2]1.4.2.
Educación.
El barrio Valle del Quimi se cuenta con la Unidad Educativa Juan José Uriales, que brinda la
educación básica a 11 estudiantes y con la ayuda de un docente, además tiene una cancha
de uso múltiple y batería sanitaria. (Ver Figura 1.2.)
Figura 1.2.
Unidad Educativa Juan Uriales.
Fuente:
El autor.
Elaboración: El autor
1.4.3.
Vías de acceso.
Para llegar al barrio Valle del Quimi se debe realizar el siguiente recorrido:
Dando inicio en el cantón El Pangui hasta el barrio Chuchumbleza, con una extensión de
14.25 km de vía asfaltada con dos carriles.
Desde el barrio Chuchumbleza hasta la parroquia Tundayme, con una longitud de 8.85 km
de vía lastrada con dos carriles de circulación.
Figura 1.3.
Ingreso al Barrio Valle del Quimi.
Fuente:
El autor.
Elaboración: El autor
1.4.4.
Actividad económica.
Mediante las encuesta socio económica las principales actividades económicas del barrio
Valle del Quimi son: la agricultura y la ganadería, existe un comercio a pequeña escala que
se prevé un incremento una vez de inicio la explotación minera en la Cordillera del Cóndor.
1.4.5.
Producción y comercialización.
En el barrio Valle del Quimi la producción agrícola y ganadera es el principal sustento diario
y los excedentes lo comercializan en las ciudades de Gualaquiza y El Pangui.
1.4.6.
Electricidad y telefonía.
En la actualidad en el barrio Valle del Quimi cuenta con energía eléctrica, alumbrado público
y con servicio telefónico.
1.4.7.
Salud.
De la información suministrada por los médicos, las principales enfermedades atendidas
son:
Parasitosis.
Desnutrición infantil.
Enfermedades de carácter respiratorias.
Enfermedades de carácter digestivo.
1.4.8.
Trabajo de campo.
Los trabajos de campo que se llevó a cabo son:
Reconocimiento de la zona de estudio.
Encuesta socio-económica.
Levantamiento topográfico.
Estudio de suelos.
Análisis de agua.
Aforo de la fuente de abastecimiento
1.4.8.1.
Trabajo topográfico.
El presente estudio topográfico se realizó las siguientes actividades:
Levantamiento del área de implantación de la captación y desarenador.
Levantamiento de la línea de conducción del sistema de agua potable.
Levantamiento de la zona de implantación donde se ubicará la planta de tratamiento
del sistema de agua potable.
Levantamiento de las zonas y viviendas a ser favorecidas por el nuevo diseño de red
de distribución.
Esta información sirve de base para realizar los diseños de las diferentes unidades del
sistema de agua potable.
La libreta topográfica de se adjunta en el Anexo 2.
1.4.8.2.
Encuestas.
Número de habitantes.
Enfermedades producidas por falta de servicios sanitarios.
Principales actividades económicas.
Aceptación del proyecto entre los habitantes del sector
Entre otros parámetros.
CAPÍTULO II
2.1. Cálculo de la población futura.
Para el presente estudio, se adopta el periodo de diseño recomendado por el “CÓDIGO DE
PRACTICA PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
POTABLE, DISPOSICIÓN DE EXCRETAS Y RESIDUOS LÍQUIDOS EN EL ÁREA RURAL”
para un periodo de diseño= 20 años.
Las encuestas realizadas en el campo se obtuvo una población actual de 104 habitantes,
con una tasa de crecimiento del r = 5.51 para la parroquia Tundayme dicho factor es dado
por el Instituto Nacional de Estadística y Censo (INEN, 2001-2010).
Con el estudio demográfico se determina una población futura de 327 habitantes, por el
método de crecimiento geométrico (INEN, 1997).
Los cálculos y resultados del estudio demográfico se adjunta en el Anexo 3
(Ec. 01)
Donde:
Pf
-
Población futura, en habitantes
Pa
-
Población actual, en habitantes
r
-
Periodo de diseño, 20 años
2.2. Calidad de agua.
Para conocer la calidad y características físicas, químicas y bacteriológicas de la fuente de
agua, se realiza la extracción de dos muestras de agua en el punto donde se implantará la
captación, dicha estructura se encontrará en la quebrada Veno, está ubicada a 1.5 Km
aproximadamente del centro poblado.
2.3. Hidrología.
Es fundamental conocer el caudal de máxima crecida y el caudal mínimo en estiaje, por lo
cual se procede a realizar el estudio hidrológico a partir del punto de interés donde de
captará el agua para el diseño.
El estudio hidrológico se adjunta en el Anexo 5
2.4. Mecánica de suelo.
El propósito del estudio de suelos es llegar a conocer las características físicas de la zona
donde se instalará la planta de tratamiento.
La ubicación del punto donde se realiza la muestra de suelo son las siguientes:
N9609252.23 E782873.58; cota 889.00 m.s.n.m
Mediante el estudio de suelo se obtiene los siguientes resultados:
Tabla.2.1
Resultados de ensayos practicados
.
ENSAYO
RESULTADO
UNIDAD
Capacidad portante
0.85
Kg/cm²
Contenido de humedad
33.28
%
Límite líquido
45.00
%
Límite plástico.
30.00
%
Índice de plasticidad
15.00
%
Fuente:
Constructora y consultora estsuelcon CIA. LTDA.
Elaboración: El autor
Tabla.2.2
Composición de la muestra de suelo ensayada.
MATERIAL
VALOR (%)
Grava
1.00
Arena
50.00
Finos
49.00
Fuente:
Constructora y consultora estsuelcon CIA. LTDA.
[image:24.595.146.476.391.573.2]Tabla 2.3
. Tipo de suelo obtenido de la muestra ensayada.
CLASIFICACIÓN
TIPO
CRITERIO
SM
SUCS
A-7-5
AASHTO
Fuente:
Constructora y consultora estsuelcon CIA. LTDA.
Elaboración: El autor
Según la empresa CONSTRUCTORA Y CONSULTORA ESTSUELCON CIA. LTDA.
establecen algunas consideraciones a ser tomadas en cuenta para el diseño de las
estructuras:
En el área de implantación de las infraestructuras de contención y reserva de
agua se debe implementar sistemas de drenaje para el control de agua de
infiltración.
De la capacidad de carga y profundidad de cimentación, se recomienda lo
siguiente:
Tipo de cimentación: Cimentación directa sobre mejoramiento compactado y
sistema de drenaje.
Cota de cimentación -1.50 m
Capacidad admisible 85 KN/m
Se recomienda que el ángulo del talud natural estable sea de 35º.
Los resultados y memoria técnica de los ensayos realizados por parte de la empresa
encargada del estudio de suelos, se adjunta en el Anexo 6.
2.5. Nivel de servicio del proyecto.
[image:26.595.147.476.495.618.2]
(27)Tabla 2.4.
Nivel de servicio
NIVEL SISTEMA
DESCRIPCIÓN
0
AP
DE
Sistemas individuales. Diseñar de acuerdo a las disponibilidades técnicas,
usos previstos del agua, preferencias y capacidad económica del usuario.
Ia
AP
DE
Grifos públicos.
Letrinas sin arrastre de agua.
Ib
AP
DE
Grifos públicos más unidades de agua para lavado de ropa y baño.
Letrinas con o sin arrastre de agua.
IIa
AP
DE
Conexiones domiciliarias con un grifo por casa.
Letrinas con o sin arrastre de agua.
IIb
AP
DRL
Conexiones domiciliarias con más de un grifo por casa.
Sistema de alcantarillado sanitario.
SIMBOLOGÍA UTILIZADA:
AP: agua potable.
DE: disposición de excretas.
DRL: disposición de residuos líquidos.
Fuente:
Normativa para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de
excretas y residuos líquidos en el área rural del CPE INEN (tabla 5.2)
Elaboración: El autor
El presente proyecto corresponde el nivel de servicio de IIb.
2.6. Dotación del proyecto.
La dotación futura que establece la normativa
(
CPE INEN, 1997)
para este tipo de proyectos
es la siguiente:
Tabla 2.5.
Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio.
NIVEL DE
SERVICIO
CLIMA FRIO
(
)
CLIMA CALIDO
(
)
Ia
Ib
IIa
IIb
25
50
60
75
30
65
85
100
Fuente:
Tabla 5.3 del CPE INEN
Elaboración: El autor
2.7. Diseño de caudales de consumo.
Las variaciones de consumo y caudales de diseño son tomados de la normativa de diseño
para sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de excretas y residuos
líquidos en el área rural (CPE INEN, 1997).
2.7.1.
Consumo medio diario o caudal medio (Qm).
El caudal medio será calculado mediante la ecuación:
(Ec. 02)
Donde:
-
Caudal medio, en
(
⁄ )
.
-
Factor de fugas.
�
-
Población al final del periodo de diseño, en
.
-
Dotación futura, en
.
El valor correspondiente al factor de fugas, se lo toma de la siguiente Tabla 2.6:
Tabla 2.6.
Porcentaje de fugas
NIVEL DE SERVICIO
PORCENTAJE DE FUGAS
Ia y Ib
IIa y IIb
10 %
20%
Fuente:
Tabla 5.4 del CPE INEN 5
Elaboración: El autor
El medio diario obtenido es:
2.7.2.
Consumo máximo diario (QMD).
El caudal máximo diario, se calculará con la ecuación:
(Ec. 03)
Donde:
-
Caudal máximo diario, en
(
⁄ )
.
-
Factor de mayoración máximo diario.
El factor de mayoración máximo diario (KMD) tiene un valor de 1.25, para todos los niveles
de servicio. (CPE INEN, 1997).
⁄
2.7.3.
Consumo máximo horario (QMH).
El caudal máximo horario se calculará con la ecuación:
(Ec.04)
Donde:
-
Caudal máximo horario, en
(
⁄ )
.
-
Factor de mayoración máximo horario.
El factor de mayoración máximo horario (KMH) tiene un valor de 3 para todos los niveles de
servicio. (CPE INEN, 1997):
⁄
2.7.4.
Caudal de fuente (
).
(Ec. 05)
Donde:
-
Caudal máximo diario
(
⁄ )
.
�
-
Caudal de fuente
(
⁄ )
.
⁄
2.7.5.
Caudal de captación (
).
La estructura de captación deberá tener una capacidad, que permita derivar al sistema de
agua potable un caudal mínimo equivalente a 1.20 veces el caudal máximo diario
correspondiente al final del período de diseño. (CPE INEN, 1997).
(Ec. 06)
Donde:
-
Caudal máximo diario
(
⁄ )
.
-
Caudal de captación
(
⁄ )
.
⁄
2.7.6.
Caudal de conducción (
).
Dado que la conducción no requiere bombeo, el caudal de diseño será de 1.10 veces el
caudal máximo diario calculado al final del período de diseño. (CPE INEN, 1997).
(Ec. 07)
Donde:
-
Caudal máximo diario
(
⁄ )
.
-
Caudal de conducción
(
⁄ )
.
2.7.7.
Caudal de tratamiento (
).
La capacidad de la planta de potabilización será de 1.10 veces el caudal máximo diario
correspondiente al final del período de diseño. (CPE INEN, 1997).
(Ec.08)
Donde:
-
Caudal máximo diario
(
⁄ )
.
-
Caudal de tratamiento
(
⁄ )
.
⁄
2.7.8.
Caudal de distribución (
).
Cualquiera sea el nivel de servicio, la red de distribución será igual al caudal máximo
horario. (CPE INEN, 1997). La red podrá estar conformada por ramales abiertos, mallas o
una combinación de los dos sistemas:
(Ec. 09)
Donde:
-
Caudal máximo horario
(
⁄ )
.
-
Caudal de distribución
(
⁄ )
.
⁄
2.7.9.
Volumen de almacenamiento.
La capacidad del almacenamiento será el 50% del volumen medio diario futuro. (CPE INEN,
1997).
(Ec. 10)
Donde:
-
Volumen de reserva o almacenamiento, en
.
-
Caudal medio diario, en
(
⁄ )
.
El volumen de reserva calculado es de 19.62 m
3, se adopta 20 m
3.
Tabla 2.1.
Resumen de caudales de diseño del barrio Valle del Quimi.
Caudal de fuente
1.14 (L/s.)
Caudal de captación
0.68 (L/s.)
Caudal de conducción
0.62 (L/s.)
Caudal de tratamiento
0.62 (L/s.)
Volumen de almacenamiento
20.00 (m
3)
Caudal de distribución
1.36 (L/s.)
Fuente:
El autor
CAPÍTULO III
3.1. Introducción.
El sistema de agua potable está formado por los siguientes componentes: captación,
desarenador, conducción, planta de tratamiento y redes de distribución, como se lo puede
observar en la Figura 3.1.
Figura 3.1.
Funcionamiento del sistema de agua potable.
Fuente:
El autor.
Elaboración: El autor
A continuación se describe el diseño de cada componente del sistema de agua potable:
3.2. Diseño de la captación.
La ubicación de la captación se lo realizó en forma conjunta durante varios recorridos entre
el personal GAD Municipal del Pangui y el Consultor con su personal técnico y de apoyo.
(Ver Figura.3.2)
Figura 3.2.
Sitio de captación.
Fuente:
El autor.
Elaboración: El autor
Captación Desarenador Conducción Filtros
Desinfección Tanque de
almacenamiento Redes de
distribución Conexiones
[image:33.595.109.498.179.313.2]Debido a la magnitud del caudal de máxima crecida de 17.41 m
3/s calculado para un período
de retorno de 50 años, se plantea una captación tipo caucasiana compuesta de un dique o
vertedero de pared ancha en el cual se aloja la rejilla de fondo que permitirá el ingreso del
caudal de captación, de la misma manera se diseñará una cámara recolectora de caudales
que cumplirá la función de deripiador.
El lugar donde se ubica la captación es un lecho de conglomerados y material rocoso, los
costados posee taludes de gran altura lo que no permitirá el desborde de agua durante la
crecida; esto garantizará que la cimentación de los muros y captación no sufran
socavaciones.
Cálculo y diseño rejilla de fondo.
Las dimensiones de la rejilla está en función del caudal de diseño, se determina una rejilla
rectangular por facilidad de construcción de 60cm x 30cm. (Romero y Duque, 1993):
Caudal de entra a la rejilla:
(Ec. 11)
Donde:
b
-
Largo de la rejilla
.
L
-
Ancho de la rejilla
.
C,K
-
Coeficiente de reducción del área efectiva de la rejilla
Lámina de agua:
(Ec. 12)
Donde:
Q
-
Caudal entra de la rejilla
.
b
-
Largo de la rejilla
.
L
-
Ancho de la rejilla
.
C,K
-
Coeficiente de reducción del área efectiva de la rejilla (adimensional).
C
Dimensionamiento de la galería.
Se adopta el ancho de la galería igual al de la rejilla; para evitar el efecto de succión se
considera que la misma trabaje sumergida para evitar el ingreso de hojas durante la época
de estiaje. (Romero y Duque, 1993):
Profundidad crítica:
(Ec. 13)
Donde:
Yc
-
Profundidad crítica
.
Q
-
Caudal de diseño
.
L
-
Longitud de rejilla
.
Velocidad crítica:
(Ec. 14)
Donde:
V
c-
Velocidad crítica
.
g
-
Gravedad
.
Y
c-
Profundidad critica
.
Y
g
Altura de agua final del canal de colector:
(Ec. 15)
Donde:
H
2-
Altura de agua final del canal de colector
.
Y
c-
Profundidad crítica
.
Altura de agua inicial del canal de colector:
(Ec. 16)
Donde:
L
-
Longitud de rejilla
.
H
2-
Altura de agua final del canal de colector
.
Yc
-
Profundidad crítica
.
S
-
Pendiente del canal del recolector
.
H
1-
Altura de agua inicial del canal de colector
.
Dimensionamiento del azud.
Se adopta un vertedero estándar tipo WES desarrollado por U.S. Army Engineers
Waterways Experimente Station, ver Figura 3.3
Y
[image:37.595.163.464.86.267.2]
(38)Figura 3.3.
Dimensiones del perfil tipo WES.
Fuente:
Materón Muñoz, H. (1997).
Obras Hidráulicas Rurales (pp.36).
Santiago de
Cali: Editorial Universidad del Valle .
Elaboración: El autor
La ecuación para el cálculo de las coordenadas del perfil es la siguiente (Muñoz,
1997):
Y
(Ec. 17)
Donde:
-
Distancia horizontal medida a partir del origen de coordenadas
.
-
Distancia vertical medida a partir del origen de coordenadas
.
-
Altura del agua sobre la cresta del vertedero
.
-
Carga de velocidad
.
-
Carga total sobre la cresta del vertedero
.
�
-
Altura del azud
.
Los valores 1.85 y 0.85 están dados por las características de la cara anterior del azud que
es de tipo pendiente vertical, el punto de origen es el punto más alto del mismo.
Altura de la lámina de agua:
(
(Ec. 18)
c e c g )
Donde:
H
o-
Altura de la lámina de agua
.
Q
-
Caudal máximo
.
C
-
Coeficiente de descarga (adimensional).
L
-
Ancho del rio
.
Relación P/Hd:
Donde:
P
-
Altura del paramento del azud
.
Hd -
Altura del agua sobre la cresta del vertedero
.
Si la relación P/Hd>1.33, entonces el efecto de velocidad es despreciable, luego se
considera que He=Hd
Si la relación P/Hd<1.33, entonces el efecto de velocidad es significativo, entonces se tiene
que: He=Hd+Ha
Altura crítica:
(Ec. 19)
Donde:
Y
c-
Altura crítica
.
Q
-
Caudal máximo
.
g
-
Gravedad
.
L
-
Ancho del rio
.
Velocidad critica:
(Ec. 20)
Donde:
Vc -
Velocidad crítica
.
g
-
Gravedad
.
Y
c-
Altura crítica
.
Radio 1:
(Ec. 21)
Donde:
R
1-
Radio 1
.
Hd -
Altura del agua sobre la cresta del vertedero
.
Radio 2:
(Ec. 22)
Donde:
R
2-
Radio 2
.
Hd
-
Altura del agua sobre la cresta del vertedero
.
Radio 3:
(Ec. 23)
g Y
R
en
R
Donde:
R
3-
Radio 3
.
X
-
Distancia horizontal medida a partir del origen de coordenadas
.
Sen α
-
Seno de alfa de la ubicación del radio 3
.
Diseño del colchón de amortiguamiento.
El pozo de amortiguamiento en una estructura corta pavimentada, situada al pie del
aliviadero con el objeto de producir y retener el resalto hidráulico, y para convertir el flujo
supercrítico en subcrítico. (Romero y Duque, 1993):
Velocidad en el pie del vertedero:
g
(Ec. 24)
Donde:
V
1-
Velocidad en el pie del vertedero
.
Z
-
Altura medida desde el nivel máximo aguas arriba de la
estructura hasta el nivel del pozo de amortiguamiento
.
g
-
Gravedad
.
H
-
Carga hidráulica sobre la cresta
.
Altura del agua de la salida de la presa:
Y
Donde:
Y
1-
Altura del agua de la salida de la presa
.
Qmax -
Caudal máximo
.
V
1-
Velocidad en el pie del vertedero
.
B
-
Ancho del azud
.
Numero de froude:
(Ec. 26)
Donde:
F
1-
Numero de froude (adimensional).
Y
1-
Altura del agua de la salida de la presa
.
V
1-
Velocidad en el pie del vertedero
.
g
-
Gravedad
.
Tirante 2:
Y
(Ec. 27)
Donde:
Y
2-
Tirante2
.
F
1-
Numero de froude (adimensional).
Y
1-
Altura del agua de la salida de la presa
.
Tirante 3:
Donde:
Y
3-
Tirante3
.
Y
2-
Tirante2
.
h
-
Altura del diente al final del zampeado
.
Cálculo de la longitud del pozo del amortiguamiento:
Según Safranetz. 1930
Y
(Ec. 29)
Donde:
h
-
Altura del diente al final del zampeado
.
Y3
-
Tirante3
.
Según Bakhmetev
–
Maztke 1936
Y
Y
(Ec. 30)
Donde:
Y
1-
Tirante1
.
Y
2-
Tirante2
.
Según Chertousov. 1935
Y
(Ec. 31)
Donde:
Y
1-
Tirante1
.
F
1-
Numero de froude (adimensional).
3.3. Diseño del desarenador.
Para garantizar un correcto funcionamiento de la línea de conducción se plantea la
construcción de un desarenador para el caudal que se va transportar desde esta unidad
hasta la planta de tratamiento.
Generalmente un desarenador cumple las siguientes funciones:
Evitar el azolvamiento de la conducción y preservar los equipos hidromecánicos de la
acción abrasiva de los sedimentos gruesos contenidos en el agua.
Garantizar en condiciones normales de operación.
La evacuación sistemática de los sedimentos depositados en cámaras, con el
mínimo consumo de agua.
El desarenador tiene los siguientes elementos:
Estructura de entrada.
Cámara desarenadora
Paredes de distribución, para uniformizar las velocidades de flujo de agua en toda la
sección de la cámara.
Estructura de salida.
By-pass.
En el diseño se consideró un desarenador simple de flujo horizontal de lavado intermitente,
ya que su construcción es relativamente fácil y económica; además de ser un sistema muy
eficiente para la eliminación de sólidos que arrastra el agua. (Romero y Duque, 1993;
Romero, 2002)
Diseño de la cámara desarenado:
Volumen de desarenador:
T
(Ec. 32)
Donde:
Área superficial horizontal:
C
(Ec. 33)
Donde:
As
-
Área superficial horizontal
.
Qd
-
Caudal de diseño
.
Cs
-
Carga superficial
.
Diseño de la estructura de entrada:
Área transversal total del orificio:
(Ec. 34)
Donde:
Ato
-
Área transversal total del orificio
.
Qd
-
Caudal de diseño
.
Vo
-
Velocidad horizontal del orificio
.
Área transversal de los orificios:
(Ec. 35)
Donde:
Diseño de la estructura de salida:
Carga de agua sobre el vertedero frontal:
(Ec. 36)
Donde:
H
-
Carga de agua sobre el vertedero frontal
.
L
-
Ancho del desarenador
.
-
Caudal de diseño
.
Con mayor detalle de fórmulas, cálculos y resultados del diseño del desarenador se adjunta
en Anexo 8.
3.4. Diseño de la conducción del desarenador
–
planta de tratamiento.
El cálculo de las pérdidas en la conducción se lo realiza con la aplicación de la ecuación de
Hazen Williams.
Se consideró parámetros de diseño tales como:
Temperatura del agua a 17ºC.
Tubería PVC.
Coeficiente de Hazen Williams es 140
Para la determinación de pérdidas se utilizó la fórmula, de la fricción f por el método de
Hazen Williams se lo realizó en una hoja en Excel, las fórmulas antes indicadas se citan a
continuación (Saldarriaga, 2007):
Perdidas por longitud:
C
Donde:
hf
-
Pérdidas de energía debido a la fricción (m).
L
-
Longitud de la tubería (m).
D
-
Diámetro de la tubería (m).
Q
-
Caudal
.
C
HW-
Coeficiente de Hazen Williams (dimensional).
Diámetro teórico:
(Ec. 38)
Q
-
Caudal de diseño
.
D
-
Diámetro teórico
.
Velocidad:
(Ec. 39)
Donde:
Q
-
Caudal de diseño
.
D
-
Diámetro comercial
.
3.4.1.
Aspecto general.
La línea de conducción de agua potable es la parte del sistema constituido por el conjunto
de tuberías, pasos elevados, válvulas de aire, válvulas de purga y más accesorios
destinados a transportar agua procedente de la fuente de abastecimiento desde el lugar de
la captación hasta la planta de tratamiento.
3.4.2.
Criterios de diseño.
3.4.3.
Tipo de tuberías a utilizarse en la conducción.
La tubería utilizada en el diseño de la conducción principal es PVC E/C de: 0.80 Mpa de
presión de trabajo. Con diámetros de 40mm y 50mm.
La razón de haber escogido esta tubería responde a criterios de economía, seguridad y
facilidad de trabajo durante su colocación.
3.4.4.
Velocidades.
El rango de velocidades obtenidas en el diseño se encuentra dentro de las normas (INEN,
1997) y sus valores son: 0.36 m/s y 0.58 m/s.
3.4.5.
Accesorios y válvulas.
Por razones de funcionamiento hidráulico en el diseño de líneas de conducción son
necesarias algunas válvulas que tienen diferentes funciones y son las siguientes:
Válvulas de purga o descarga.- Permiten evacuar posibles acumulaciones de
partículas en puntos bajos o en lugares de velocidades bajas.
Válvulas de aire.-La acumulación de aire en una línea de conducción de agua
potable puede entorpecer sensiblemente el flujo normal y en algunos casos llegar a
provocar accidentes destructivos.
3.4.6.
Golpe de ariete.
El espesor de las tuberías de diseño está condicionado a resistir los efectos de presión
estática y sobrepresión por cierre de válvulas. Para la conducción en el diseño se ha
considerado dos tramos crítico, el cual ayudará a la determinación de los espesores de la
tubería y por ende el esfuerzo de trabajo en MPa requerido.
Celeridad:
√
√
(Ec. 40)
Donde:
a
-
Celeridad (m/s).
-
Densidad del fluido
E
-
Módulo de Young de la tubería
.
e
-
Espesor de la tubería
D
-
Diámetro interno de la conducción
(Ec. 41)
-
Pulso de sobrepresión de Joukoswsky
V
o-
Velocidad pondera
Tc
(Ec. 42)
Tc
-
Tiempo de cierre de válcula a la cual no se alcanza el valor máximo de
sobrepresión (s).
L
-
Longitud del tramo
[image:48.595.85.563.480.594.2]
a
-
Celeridad
Tabla 3.1.
Resumen de los cálculos de la sobrepresión en los tramos de línea de conducción.
Fuente:
El autor
Elaboración: El autor
3.4.7.
Cálculo hidráulico de la línea de conducción.
De acuerdo a lo mencionado, se ha realizado el cálculo mediante la utilización de las
ecuaciones matemáticas válidas para el efecto, las mismas que permitieron la elaboración
de una hoja electrónica.
Línea Longitud del tramo [m] Longitud acumulada [m] Diámetros interno [mm] Velocidad del tramo [m/s] Ponderación de velocidades [m/s] Presión estática m.c.a celeridad [m/s] ΔH [m.c.a] Presión Total [m.c.a.] Presión de trabajo de tubería [m.c.a.] verificación tiempo de cerrado de la
válvula [s]
DESARENADOR-ABS.0+140.00 140.00 140.00 47.00 0.36 0.06 1.16 281.42 10.33 11.49 80.00 Ok 0.99 ABS.0+140.00
Tabla 3.2.
Resultado del diseño hidráulico de la línea de conducción.
Descripción
Ø
Velocidad
Caudal
Abs.0+000.00
–
Abs. 0+140.00
50mm
0.36 m/s
0.62 L/s
Abs.0+140.00
–
Abs. 0+832.07
40mm
0.58 m/s
0.62 L/s
Fuente:
El autor
Elaboración: El autor
Con mayor detalle cálculos y resultados del diseño de la línea de conducción se adjunta en
Anexo 9.
3.5. Planta de tratamiento de agua potable.
Los valores que se obtienen en el análisis de agua son comparados con la NORMA CO 10.7
–
602, CÓDIGO DE PRACTICA PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO
DE AGUA POTABLE, DISPOSICIÓN DE EXCRETAS Y RESIDUOS LÍQUIDOS EN EL
ÁREA RURAL, en el cual se establecen valores deseables y valores máximos permisibles
de características físicas, químicas y microbiológicas, cabe señalar que dichos valores
corresponden a calidad de agua potable, descrita en la NTE INEN 1108, OMS, IEOS.
[image:50.595.86.540.93.766.2]
(51)Tabla 3.3.
Resumen de resultados de los análisis de agua de la Quebrada Veno.
Parámetro
U
Resultado
Norma
Limite
deseable
Limite
máximo
permisible
Exige
tratamiento
PARÁMETRO I
Turbiedad
NTU
17.00
INEN
5.00
20.00
Cloro libre
residual
mg/l
0.00
INEN
0.5
0.30-1.00
PH
-
6.50
INEN
7.00-8.50
6.50-9.50
PARÁMETRO II
Coliformes
totales
NMP/100
ml
530
TULAS
-
3000.00
Color
Pt-Co
136.00
INEN
5.00
30.00
SI
Olor
-
Ausencia
INEN
Ausencia
Ausencia
Sabor
-
Ausencia
INEN
Inobjetable Inobjetable
PARÁMETRO III
Dureza
total
mg/l
15.00
INEN
120.00
300.00
Sólidos
totales
disueltos
mg/l
18.00
INEN
500.00
1000.00
Hierro
mg/l
0.06
INEN
0.20
0.80
Manganeso
mg/l
0.00
INEN
0.05
0.30
Nitratos
mg/l
6.16
INEN
10.00
40.00
Sulfatos
mg/l
2.00
INEN
50.00
400.00
Fluoruros
mg/l
0.00
INEN
0.76-0.65
0.80
PARÁMETRO IV
Arsénico
mg/l
0.00
INEN
0.00
0.05
Plomo
mg/l
0.00
INEN
0.00
0.05
Cromo
exavalente
mg/l
0.00
INEN
0.00
0.05
Cadmio
mg/l
0.00
INEN
0.00
0.005
Cianuro
mg/l
0.00
INEN
0.00
0.00
Fuente:
El autor
Dentro de estas características de los 4 parámetros se puede apreciar en los grupos que se
encuentra dentro de los rangos máximos permisibles de las normativas INEN, TULAS.
Dichos valores según la Norma Ex IEOS solo exige métodos convencionales de tratamiento.
Globalmente los resultados obtenidos del agua que se va a abastecer el sistema de agua
potable del barrio Valle del Quimi, cumplen con los parámetros físicos, químicos y
microbiológicos. Existen valores apreciables de contaminación bacteriológica debido a que
la fuente y la microcuenca no tienen protección adecuada, lo cual se mejorará con lo
expuesto en la recomendación del tema de Calidad Sanitaria de la Fuente del presente
proyecto.
Selección del tipo de tratamiento.
Los procesos de tratamiento que recomienda el Código Ecuatoriano de la Construcción en
las partes que corresponde a diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable (CPE
INEN 005-9-1 y CPE INEN 005-9-2), son los mencionados en las siguientes tablas:
Tabla 3.4.
Procesos de tratamiento sugeridos en función del tipo de la fuente de
abastecimiento.
Fuente
Procesos de tratamiento
Pozo somero
Pozo profundo
Vertientes
Superficiales
Desinfección
Disposición de hierro, CO2 y desinfección.
Desinfección
Prefiltración, filtración lenta y desinfección.
Fuente:
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (1997). C.E.C. Código de practica
para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable, disposición de
excretas y residuos líquidos en el área rural (pp.38). Quito, Ecuador.
Elaboración: El autor
Tabla 3.5.
Tratamiento según la calidad bacteriológica.
Clasificación
NMP/100ml de
bacterias coliformes
Exige solo tratamiento de desinfección.
0-50
Exige métodos convencionales de
tratamiento.
50-5000
Contaminación intensa que obliga a
tratamientos más activos.
5000-50000
Contaminación muy intensa que hace
inaceptable el agua a menos que se
recurra a tratamientos especiales, estas
fuentes se utilizarán solo en casos
extremos.
Más de 50000
Fuente:
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (1992).C.E.C. Normas para estudio y
diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas residuales para
Tabla 3.6.
Tratamientos probables.
Características del agua
Tratamiento probable
Turbiedad media <10 UNT
NMP < 1000col /100 mL
Filtración lenta
Turbiedad media <50 UNT
NMP < 1000col /100 mL
Filtración
lenta
con
Pre
tratamiento
Turbiedad media <150 UNT
NMP < 1000col /100 mL
Filtración
lenta
con
sedimentación simple y pre
tratamiento
Fuente:
Instituto Ecuatoriano de Normalización. (1992).C.E.C. Normas para estudio y
diseño de sistemas de agua potable y disposición de aguas residuales para
poblaciones mayores a 1000 habitantes (pp125). Quito, EcuadorQuito, Ecuador.
Elaboración: El autor
Mediante la empresa encargada de realizar los análisis de agua de la quebrada Veno del
barrio Valle del Quimi, se recomienda un tratamiento para remover el color las cuales son:
coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección con una dosis de
Coagulante y Polímero.
Debido a las características químicas del agua, la remoción color requiere un tratamiento
más complejo y son más costosas para un sistema de abastecimiento para comunidades
pequeñas.
Mediantes los análisis de agua el parámetro más crítico del agua hacer tratada es el color,
mediante una cotización de una planta compacta con la empresa Austro riego la misma que
nos recomienda una óptima y económica plata la cual permitirá resolver el problema del
color del agua a distribuir.
Planta compacta (a presión).
Con los resultados de los análisis de agua se recomienda diseñar la planta compacta que
contenga las siguientes unidades de tratamiento:
Filtros en serie
Desinfección
Tanque de reserva
Figura.3.4
. Esquema de planta compacta (a presión)
Fuente:
Autor
Elaboración: Autor
