UNIDAD IV
CONSUMO DE AGUA
4.1 Generalidades:
Para determinar las cantidades de agua que se requiere para satisfacer las condiciones inmediatas y futuras de las ciudades o poblaciones proyectadas, se recomienda realizar un estudio exhaustivo de la comunidad a estudiar. La dotación es el consumo de agua utilizado por una persona por día y se expresa por lo general en litros por habitante y por día (litros /habitante-día).
La determinación del consumo se debe hacer con base en datos estadísticos del consumo pasado y presente de la población (en el caso de que se disponga de esta información) o, si no, basándose en estos mismos datos de otras poblaciones vecinas.
Factores Determinantes del Consumo
Los factores incidentes en el consumo de una población son los siguientes: 1. Temperatura
Debido a las condiciones propias de la actividad del ser humano, entre mayor sea la temperatura, mayor será el consumo de agua. Por ejemplo, entre más alta la temperatura el consumo de agua es mayor.
2. Calidad del agua
El consumo de agua será mayor en la medida en que las personas tengan la seguridad de una buena calidad del agua.
3. Características socioeconómicas
El consumo de agua depende también en buena parte del nivel de educación y del nivel de ingresos de la población. Por esta razón en ciudades desarrolladas, como las capitales de departamentos, el consumo de agua es mayor que en pueblos pequeños o caseríos.
4. Servicio de alcantarillado
El hecho de disponer de una red de alcantarillado incrementa notablemente el consumo de agua potable, en comparación con sistemas de evacuación de excretas como letrinas.
5. Presión en la red de distribución de agua
Si se tienen altas presiones en la red el flujo de agua será mayor al abrir las llaves de los lavamanos, regaderas y otros artefactos.
6. Administración
Una administración eficiente controlará mejor el consumo de agua reduciendo las fugas y desperdicios, y controlando las conexiones ilegales.
7. Medidores y Tarifas
La instalación de medidores y el establecimiento de tarifas producen un impacto psicológico en los usuarios. Cuando no se tienen medidores, ni tarifas no se tiene control sobre el uso del agua y los usuarios no valoran el recurso tendiendo a usar mayores cantidades.
4.2. Clasificación del Consumo de Agua
Tradicionalmente se ha clasificado el consumo como: 1) doméstico
2) Industrial y comercial 3) público o institucional 4) pérdidas y desperdicios 1.- Consumo doméstico:
Es el consumo en las viviendas, el agua utilizada para consumo, sanitarios, cocina aseo personal, etc. La determinación del consumo doméstico varía de acuerdo al nivel económico de los consumidores, tamaño de la ciudad, por ejemplo para la Ciudad de Managua, de acuerdo a las características de la zona.
Tabla 4.1
Clasificación de barrios Dotación
g/hab-día L/hab-día
Asentamientos progresivos 10 38
Zonas de máxima densidad y de actividades mixtas
45 170
Zonas de alta densidad 40 150
Zonas de media densidad 100 378
Zonas de baja densidad 150 568
Normas del INAA
Clasificación de los barrios:5
a.- Asentamientos progresivos:
Son unidades de viviendas construidas con madera y láminas, frecuentemente sobre un basamento de concreto. Estos barrios no tienen conexiones privadas en la red de agua potable, pero se abastecen mediante puestos públicos.
5INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
b.- Zonas de máxima densidad y actividades mixtas:
Las viviendas avecinan talleres y pequeñas industrias en un tejido urbano heterogéneo. En términos de superficie, las viviendas ocupan un promedio del 65% del área total del terreno y todas están conectadas a la red de agua potable
c.- Zonas de alta densidad:
En los núcleos de las viviendas de estas zonas se encuentran construcciones de todo tipo, desde la más sencilla hasta casas de alto costo, pero en lotes con dimensiones y áreas homogéneas (150 m2 a 250 m2). Casi todas las viviendas
están conectadas a la red de agua potable. d.- Zona de mediana densidad:
Se trata de viviendas de buen nivel de vida con áreas de lotes que varían entre los 500 m2 y 700 m2. Todas están conectadas a la red de agua potable.
e.- Zonas de baja densidad:
Son áreas de desarrollo con viviendas de alto costo y de alto nivel de vida construidas en lotes con área mínima de 1000 m2. Todos conectados a la red
de agua potable.
- Para el resto de las ciudades la dotación se toma de acuerdo al tamaño de la población.
Tabla 4.2
Rango de población Dotación
g/hab-día L/hab-día
0 – 5000 20 75
5000 – 10000 25 95
10000- 15000 30 113
15000 – 20000 35 132
20000 – 30000 40 151
30000 – 50000 45 170
50000 – 100000 o más 50 189
Normas de INAA
2.-Industrial, comercial y público:
Suministro de agua a establecimientos comerciales e industriales tales como: fábricas, oficinas y almacenes. La importancia de este uso varía localmente, dependiendo si hay grandes industria y sí esta obtienen su agua del sistema de abastecimiento público.
El consumo público es el suministro de agua a edificios públicos, y otros servicios públicos. Este incluye agua para edificios del gobierno, riegos de calles y protección contra incendio.
Tabla 4.3
Tipo de Consumo Dotación
g/hectárea-día L/hectárea-día
Comercial 25000 94625
Público o institucional De acuerdo a desarrollo de población Industrial
Normas de INAA
- Para el resto de las ciudades.
Se usan los porcentajes de acuerdo a la dotación doméstica diaria. Tabla 4.4
Consumo Porcentaje
Comercial 7
Público o institucional 7
Industrial 2
Normas de INAA
Tabla 4.5
Valores típicos de consumo comercial
Entidad Consumo (L/d)
Hoteles (por habitación) 500 Escuelas < 20 alumnos 50 Escuelas > 20 alumnos 80 Industrias (por persona empleada) 80 Depósito de materiales 100 Farmacias o graneros de 50 m2 500
Farmacias o graneros de 100 m2 1000
Farmacias o graneros de 200 m2 1600
Farmacias o graneros de 200 m2 (por m2) 8
Fuentes de soda y heladerías de 20 m2 1000
Fuentes de soda y heladerías de > 50 m2 2000
Fuentes de soda y heladerías de >50 m2 3000
Restaurantes de 50 m2 40
Restaurantes de >50 m2 90
Oficina (por empleado y por 10 m2) 80
Hospitales (por cama) 400
Normas de INAA
3.-Agua para incendios:
El agua que se usa en caso de incendio es parte del consumo de agua público y es obligatorio considerarlo en sistemas con poblaciones mayores de 5,000 habitantes. La cantidad de agua que todo acueducto debe tener disponible para combatir la eventualidad del incendio, se establece según la capacidad del sistema y el rango de la población proyectada
Tabla 4.6
De A gpm (l/s) gpm (l/s) gpm (l/s)
0 5000 No se considera
5000 10000 80 (5) 200 (13) 1 toma de 150 (9) 10000 15000 200 (13) 550 (35) 1 toma de 250 (16) 15000 20000 350 (22) 550 (35) 2 tomas de 250 c/u (16) 20000 30000 550 (35) 1000 (63) 3 tomas de 250 c/u (16) 30000 50000 1000 (63) 1500 (95) 2 tomas de 500 c/u (31) 50000 100000 y más 1500 y más (95) 3 tomas de 500 c/u (31) de
acuerdo a la importancia del lugar
Normas de INAA
Fig. 4.1 Hidrante
Cuando en las localidades consideradas existan o estén en proyectos la instalación de: industrias, fábricas, centros comerciales, etc., éstos se deberán diseñar su propio sistema de protección contra incendio.
4.-Pérdidas en el sistema:
Las pérdidas o desperdicios se conocen como Agua que no es contabilizada. El agua no contabilizada es atribuida a errores en la lectura de los medidores, conexiones ilegales y fugas en los sistemas de distribución. La pérdida o desperdicio se puede reducir significativamente mediante el mantenimiento cuidadoso de los sistemas y un programa regular de re-calibración y reemplazo de medidores.
Dentro del proceso de diseño, esta cantidad de agua se puede expresar como un porcentaje del consumo del día promedio. En el caso de Nicaragua se fijará en un 20% para un sistema nuevo.6
4.3 Caudal de Diseño
Con el fin de diseñar las estructuras del acueducto, es necesario calcular el caudal apropiado, el cual debe combinar las necesidades de la población de diseño y los
6INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
costos de la construcción de un acueducto para un caudal excesivo. Normalmente se trabaja con tres tipos de caudales, a saber:
1. Caudal medio
2. Caudal máximo diario 3. Caudal máximo horario. 1.- Caudal medio
Es el caudal promedio obtenido de un año de registros y es la base para la estimación del caudal máximo diario y del máximo horario. Este caudal expresado en litros por segundos se obtiene así:
Q prom = Dotación (l/hab-d) x Población (habit) (l/s)
86400 s/d 2.- Caudal máximo diario
Es la demanda máxima que se presenta en un día del año. En otras palabras, representa el día de mayor consumo en el año. El caudal máximo día se utiliza para el cálculo de diferentes elementos del sistema de abastecimiento de agua, entre los que tenemos: Capacidad de la fuente, obra de captación, línea de conducción, sistema de bombeo. Esta se calcula según la siguiente expresión:
Q máx diario = FMDx Caudal promedio
FMD: Factor máximo día, será igual a 1.3 de la demanda promedio diaria para la ciudad de Managua. Para las otras localidades del resto del país, este parámetro es de 1.5. 7
3.- Caudal máximo Horario
Corresponde a la demanda máxima que se presenta en una hora durante un año completo, se utiliza en el análisis hidráulico de la red de distribución. Esta en general se determina como:
Q máx diario = FMH x Caudal promedio
FMH: Factor máxima hora, para la ciudad de Managua el factor será igual al 150% de la demanda del día promedio, y para las localidades del resto del país, será igual al 250% del mismo día8.
4.4.- Ejercicios Propuestos:
4.1.- Una familia de 4 personas pagan anualmente por el consumo de 185 m3 de
agua. Determine:
7INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
2001
8 .- INAA. Normas Técnicas para el diseño de abastecimiento y potabilización del Agua. Managua
Consumo especifico por persona por día
El factor pico instantáneo, para el suministro de un caudal de 300 l/h
Repuestas:
q = 127 l/p-d Pf inst = 14
q = 185 * 1000 / (4 * 365) = 126.71 127 l / p-d
Pf inst = 300 * 24 / (127 * 4) = 14.17 14
4.2.- Un edificio de departamento de 76 ocupantes, paga anualmente por el consumo de 4770 m3 de agua. Determine:
Consumo especifico por persona por día
El factor pico instantáneo, durante un consumo máximo de 5.5 m3/h
Repuesta:
q = 172 l/p-d Pf inst = 10
4.3.- Un área residencial de 1200 habitantes, se le suministro anualmente la cantidad de 63800 m3 de agua, esto incluyendo un 10% de pérdidas estimada.
Durante el mismo período, el caudal máximo registrado por el medidor de la zona residencial fue 25.4 m3/h Determine:
Consumo especifico por persona por día El factor pico máximo instantáneo
Recomendaciones:
1) El consumo especifico podría no incluir las pérdidas
2) El factor pico debería incluir las pérdidas, al menos que el caudal sea medido en las conexiones domiciliares.
1) q = (63800 * 0.90) * 1000 / (365 * 1200) = 131 l/p-d
2) Pf inst = 25.4 * 24 *1000 / ((131/0.9) * 1200) = 3.49 3.5 Repuesta:
q = 131 l/p-d Pf inst = 3.5
4.4.- Una compañía de agua entrega anualmente la cantidad de 15,000,000 m3 a
un área de distribución de 100,000 consumidores. Al mismo tiempo, el dinero recolectado es 6,000,000 de córdobas. La tarifa promedio es 0.5 córdobas / m3.
Determine:
El porcentaje de agua no contabilizada
El consumo por persona por día, asumiendo que el 60% del agua entregada es para uso domestico.
Recomendaciones:
2) Expresar el agua no contabilizada como un porcentaje del agua entregada.
Repuesta:
Q prom = 41096 m3/d o 1,712 m3/h
Agua no contabilizada = 20.0 % q = 247 l/p-d
4.5.-Determine la capacidad de producción de la instalación de tratamiento para la ciudad de 1,250,000 habitantes. Asuma que el consumo especifico por persona es 150 l/d, el agua para uso no domestico de 30,000,000 m3/año y el agua no
contabilizada del 12%
Q = ((1250000 * 150) + (30000000 * 1000 / 365)) * 1.12 / 86400 = 3,496 l/s Repuestas:
Q prom = 3,496 l/s = 110.25 millones m3/ año o 3.5 m3/s
4.6.- Una compañía de suministro de agua entrega anualmente la cantidad de 13,350,000 m3. La máxima demanda diaria de 42,420 m3 fue observada el 26 de
Julio. La mínima, se observa el 30 de Enero, esta fue de 27,360 m3. La
siguiente entrega fue registrada el 11 de Marzo:
Hora 1 2 3 4 5 6
Q (m3) 433 562 644 835 1450 1644
Hora 7 8 9 10 11 12
Q (m3) 1856 1922 1936 1887 1721 1712
Hora 13 14 15 16 17 18
Q (m3) 1634 1656 1789 1925 2087 2055
Hora 19 20 21 22 23 24
Q (m3) 1944 1453 1218 813 676 602
Determine:
La entrega en consumo promedio diario y el rango del factor pico estacional
El diagrama del factor pico diario
Rango anual esperado del caudal suministrado al área.
Repuestas:
Q prom = 36,575 m3/día; Pf estac = 0.75 – 1.16
Q prom = 1,435.6 m3/h
Pf hor 0.302 0.391 0.449 0.582 1.010 1.145
Hora 7 8 9 10 11 12
Pf hor 1.293 1.339 1.349 1.314 1.199 1.193
Hora 13 14 15 16 17 18
Pf hor 1.138 1.154 1.246 1.341 1.454 1.431
Hora 19 20 21 22 23 24
Pf hor 1.354 1.012 0.848 0.566 0.471 0.419
Note que el 11 de Marzo no corresponde al consumo promedio diario. El caudal promedio derivado de la cantidad anual es Q prom = 1,524 m3/h.
Q max = 2,563 m3/h; Q min = 343 m3/h
4.7.- La pérdida estimada en el ejercicio anterior es de 20% de la demanda diaria. Esta es asumida a ser constante las 24 horas. Calcule el factor pico horario para el consumo actual del 11 de Marzo.
Recomendaciones:
1) Las pérdidas promedio del 20% de un caudal constante de 287.1 m3/h
Repuestas:
Q prom = 1,148.5 m3/h
Hora 1 2 3 4 5 6
Pf hor 0.127 0.239 0.311 0.477 1.013 1.181
Hora 7 8 9 10 11 12
Pf hor 1.366 1.424 1.436 1.393 1.249 1.241
Hora 13 14 15 16 17 18
Pf hor 1.173 1.192 1.308 1.426 1.567 1.539
Hora 19 20 21 22 23 24
Pf hor 1.443 1.015 0.811 0.458 0.339 0.274
4.8.- El consumo calculado en el problema anterior (# 7) consiste de tres categorías: Domestica, industrial y comercial. La categoría industrial participa en todo el consumo con un caudal constante de 300 m3/h, entre las 8 am y las 8 pm.
La categoría comercial requiere de un caudal de 100 m3/h, entre las 8 am y las 4
pm.
Determine:
Determine el factor pico horario para la categoría de demanda domestica Asumiendo que el consumo comercial e industrial es constante a través de todo el año, calcule el consumo promedio por persona, si viven 150,000 personas en el área.
Repuestas:
Q prom = 965.2 m3/h
Hora 1 2 3 4 5 6
Hora 7 8 9 10 11 12 Pf hor 1.626 1.279 1.294 1.243 1.071 1.062
Hora 13 14 15 16 17 18
Pf hor 0.981 1.004 1.142 1.396 1.554 1.521
Hora 19 20 21 22 23 24
Pf hor 1.406 1.208 0.965 0.545 0.403 0.326
q = 166 l/p-d
4.9.- El registro del consumo anual domestico fue de 38.2 millones de m3.
Determine:
El consumo después de 10 año asumiendo que el crecimiento anual de la población es de 3.8%
El consumo después de los siguientes 10 años asumiendo que el crecimiento poblacional es de 2.2%.
Compare los resultados del modelo lineal y exponencial. Repuestas:
Q lin = 52.7 millones m3; Q exp = 54.9 millones m3
Q lin = 64.3 millones m3; Q exp = 67.7 millones m3
4.10.- Los datos del consumo anual registrado en el período de 1990 – 1995 (en millones m3) se muestran a continuación:
Año 1990 1991 1992 1993 1994 1995
Q 125.4 131.8 138.2 145.4 152.6 159.9
Hacer un pronóstico para el año 2005 Repuestas:
