Diseño de una red de distribución de Agua Potable

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DISEÑO

DE

UNA

RED

DE

DISTRIBUCION

DE

AGUA

POTABLE

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1. INTRODUCCION

La red de distribución es la parte del sistema de abastecimiento de agua potable integrada por las tuberías de alimentación, circuitos y accesorios, instalados en las vías de las comunidades, por medio de la cual se lleva agua hasta las tomas domiciliarias para su entrega a los usuarios. Su correcto funcionamiento depende de un diseño adecuado, de la selección cuidadosa de los materiales a utilizar, de la mano de obra calificada para su instalación, de la observancia estricta de las especificaciones de construcción, de la correcta supervisión de la ejecución de la obra y de una operación y conservación eficiente. El siguiente documento presenta los pasos de diseño y la correspondiente memoria de cálculo de una red de distribución para un sector de la ciudad de Cartagena de Indias comprendido entre las carreras No. 17 y la No.20 y las calles No. 49 y la No.50. Tal diseño se hará según los parámetros fijados por el RAS 2000.

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2. OBJETIVOS GENERAL

Diseñar una red de distribución de agua potable y su tanque de reserva utilizando la aplicación informática EPANET.

ESPECÍFICOS

• Determinar los diámetros, velocidades, pérdidas y presiones dentro de la red. • Definir la altura del tanque de reserva.

• Realizar el diseño siguiendo los parámetros que establece el RAS 2000 para el diseño de redes de distribución de agua potable.

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3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

3.1 DESCRIPCIÓN: Se trata de un proyecto diseño de red de acueducto y su

correspondiente tanque de almacenamiento según los parámetros vigente definidos por el RAS 2000.

3.2 LOCALIZACIÓN: El área influencia del proyecto esta delimitada por las Carreras

No. 17 y la No.20 y por las calles No. 49 y la No.50, correspondiente al barrio Torices de la ciudad de Cartagena de Indias. El proyecto abarca un área aproximada de 16 Ha.

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3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA POBLACIÓN:

3.3.1 DENSIDAD: El Plan de Ordenamiento Territorial ha definido las densidades de

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3.3 CARACTERÍSTICAS DE LA POBLACIÓN:

3.3.1 DENSIDAD: El Plan de Ordenamiento Territorial ha definido las densidades de

población permitidas para el desarrollo que se indican en la siguiente tabla:

Manzanas N° 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 8

9 – 10 – 11 12 – 13 – 14 – 15 – 16 – 17

Densidad 250 hab/Ha 350 hab/Ha 100 hab/Ha

3.3.2 ESTRATIFICACIÓN:

Manzanas N° 4 – 9 – 1 – 5 10 – 2 – 6 – 11 7 – 8 – 12 – 13 -14 – 15 – 16 -17

Estrato 6 4 2

4. PARÁMETROS DE DISEÑO

Para el diseño de sistemas de acueducto se definen los parámetros de diseño que proporciona el RAS 2000 a fin de garantizar y cumplir con la normatividad vigente.

4.1 NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

TABLA A.3.1 .ASIGNACIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD Nivel de complejidad Población en la zona urbana (1) (habitantes) Capacidad económica de los usuarios Bajo < 2500 Baja Medio 2501 a 12500 Baja

Medio Alto 12501 a 60000 Media

Alto > 60000 Alta

4.2 PERIODO DE DISEÑO

El periodo de diseño de las redes de distribución de agua potable es función del nivel de complejidad del sistema.

4.2.1 Período de diseño de la red matriz o primaria

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TABLA B.4.2 PERÍODO DE DISEÑO SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

Nivel de complejidad del sistema

Período de diseño

Medio 20 años

Medio alto 25 años

Alto 30 años

4.3 DOTACIÓN NETA MÍNIMA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD

Son los valores de consumo per cápita de acuerdo a los niveles de complejidad del proyecto.

TABLA B.2.2 DOTACIÓN NETA SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

Nivel de complejidad del

sistema

Dotación neta mínima

(L/hab·día ) Dotación neta máxima(L/hab·día)

Bajo 100 150

Medio 120 175

Medio alto 130

-Alto 150

-Para efectuar los cálculos de los caudales de diseño se aplica la siguiente tabla, donde se definen los rangos de consumo según el POT para cada estrato socioeconómico.

ESTRATO SOCIOECONÓMICO RANGO DE CONSUMOS LTS/HAB/DIA

1 100-130 2 130-150 3 150-180 4 180-220 5 220-280 6 280-350

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El caudal medio diario, Qmd, es el caudal medio calculado para la población proyectada, teniendo en cuenta la dotación bruta asignada. Corresponde al promedio de los consumos diarios en un período de un año y puede calcularse mediante la siguiente ecuación:

Q

p d

86400

md

bruta

=

4.5 CAUDAL MÁXIMO DIARIO

El caudal máximo diario, QMD, corresponde al consumo máximo registrado durante 24 horas durante un período de un año. Se calcula multiplicando el caudal medio diario por el coeficiente de consumo máximo diario, k1. (Véase TABLA B.2.5)

El caudal máximo diario se calcula mediante la siguiente ecuación: QMD = Qmd k1

TABLA B.2.5. COEFICIENTE DE CONSUMO MÁXIMO DIARIO, K1, SEGÚN EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

Nivel de complejidad del sistema Coeficiente de consumo máximo diario - k1

Bajo 1.30

Medio 1.30

Medio alto 1.20

Alto 1.20

4.6 CAUDAL MÁXIMO HORARIO

El caudal máximo horario, QMH, corresponde al consumo máximo registrado durante una hora en un período de un año sin tener en cuenta el caudal de incendio. Se calcula como el caudal máximo diario multiplicado por el coeficiente de consumo máximo horario, k2, (véase B.2.7.5) según la siguiente ecuación

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TABLA B.2.6 COEFICIENTE DE CONSUMO MÁXIMO HORARIO, K2, SEGÚN

EL NIVEL DE COMPLEJIDAD DEL SISTEMA Y EL TIPO DE RED DE DISTRIBUCIÓN.

Nivel de complejidad del

sistema

Red menor de

distribución secundariaRed Red matriz

Bajo 1.60 -

-Medio 1.60 1.50

-Medio alto 1.50 1.45 1.40

Alto 1.50 1.45 1.40

4.7. CÁLCULO DE CAUDALES POR NODO

La determinación de caudales de consumo para cada uno de los nodos de la red debe efectuarse por el método de las áreas o por el método de la repartición media. En el caso de redes simétricas y más o menos uniformes, también puede utilizarse el método de la

longitud abastecida.

4.7.1 MÉTODO DE LAS ÁREAS

En este método se determinan las áreas de influencia correspondientes a cada uno de los nodos de la red, para luego aplicar el caudal específico unitario (l/s/ha) determinado para cada tipo de área de abastecimiento y correspondiente al año horizonte del proyecto.

Qi = Ai · Qe (B.7.1)

El área de influencia es aquella área delimitada por cada una de las mediatrices de los tramos que llegan al nodo o punto singular.

4.8 HIDRATES

Los hidrantes deben instalarse en tuberías con un diámetro mínimo de 75 mm (3 pulgadas) y a una distancia máxima entre ellos de 300 m. Cada hidrante llevará su propia válvula para aislarlo de la red. Se ubicarán de preferencia en las esquinas, en las intersecciones de dos calles y sobre la acera, para un mejor acceso.

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En áreas comerciales, industriales o residenciales con una densidad superior a 200 habitantes por hectárea, los hidrantes deben tener una capacidad mínima de 20 L/s. Para el área restante del municipio la capacidad mínima debe ser de 5 L/s.

4.9 PRESIONES MÍNIMAS

4.9.1 PRESIONES MÍNIMAS EN LA RED

La presión mínima en la red depende del nivel de complejidad del sistema, tal como se especifica a continuación:

TABLA B.7.4 PRESIONES MÍNIMAS EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN NIVEL DE

COMPLEJIDAD PRESIÓN MÍNIMA (KPA) PRESIÓN MÍNIMA (METROS) BAJO 98.1 10 MEDIO 98.1 10 MEDIO ALTO 147.2 15 ALTO 147.2 15

4.10 DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN 4.10.1 DIÁMETROS INTERNOS MÍNIMOS EN LA RED MATRIZ

Para aquellos casos de los niveles bajo y medio de complejidad en los cuales exista una red matriz y para los niveles medio alto y alto de complejidad, los diámetros mínimos para la red matriz se describen en la TABLA B.7.5

TABLA B.7.5 DIÁMETROS MÍNIMOS DE LA RED MATRIZ NIVEL DE COMPLEJIDAD

NIVEL DE COMPLEJIDAD

DE SISTEMA DIÁMETRO MÍNIMO

BAJO 64 mm (2.5 pulgadas)

MEDIO 100 mm (4 pulgadas)

MEDIO ALTO 150 mm (6 pulgadas)

ALTO 300 mm (12 pulgadas) o más según diseño

4.10.2 DIÁMETROS INTERNOS MÍNIMOS EN LAS REDES MENORES DE DISTRIBUCIÓN

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El valor del diámetro mínimo de las redes menores de distribución depende del nivel de complejidad del sistema y del uso del agua, tal como se muestra en la TABLA B.7.6

TABLA B.7.6 DIÁMETROS MÍNIMOS DE LA RED MENOR DE DISTRIBUCIÓN NIVEL DE

COMPLEJIDAD DIÁMETRO MÍNIMO

BAJO 38.1 mm (1.5 pulgadas) MEDIO 50.0 mm (2.0 pulgadas) MEDIO ALTO 100 mm (4 pulgadas). zona comercial e industrial

63.5 mm (2 ½ pulgadas) zona residencial ALTO 150 mm (6 pulgadas) zona comercial e industrial

75 mm (3 pulgadas) zona residencial

4.10.3 DIÁMETROS COMUNES COMERCIALES PARA LA RED DE DISTRIBUCIÓN

En la TABLA B.7.7 se establecen los diámetros que pueden ser utilizados para el diseño y/o la construcción de una red de distribución.

TABLA B.7.7 DIÁMETROS COMUNES COMERCIALES PARA LAS TUBERÍAS DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN

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MILÍMETROS PULGADAS 38.1 1.5 50.0 2 63.5 2.5 75.0 3 100 4 150 6 200 8 250 10 300 12 350 14 400 16 450 18 500 20 550 22 600 24 675 27 700 28 750 30 900 36 1000 40 1050 42 1200 48 1500 60

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5. PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO

5.1 DEFINICIÓN DEL NIVEL DE COMPLEJIDAD: El nivel de complejidad se define

de acuerdo a la capacidad económica de los consumidores y al número de habitantes. La zona de estudio se encuentra en la ciudad de Cartagena de indias la cual es una población de más de 60000 habitantes en su zona urbana, por tanto, de acuerdo con la TABLA A.3.1 del RAS 2000 (reseñada en el numeral 4.1 de este documento) se fija el nivel de complejidad para este proyecto como ALTO.

5.2 DEFINICIÓN DEL PERIODO DE DISEÑO: Al tratarse de un proyecto con nivel de

complejidad Alto se fija el periodo de diseño a 30 años, de acuerdo a la TABLA B.2.2 del RAS 2000 (reseñada en el numeral 4.2.1 de este documento).

5.3 DEFINICIÓN DE LA DOTACIÓN NETA MÍNIMA: El POT define rango de

consumos en lts/hab/día según la estratificación socio-económica como se muestra en el numeral 4.3. De acuerdo a ello se tiene:

Manzana No. Estrato D.n.m (lts/hab/día) 1 6 350 2 4 220 3 2 150 4 6 350 5 6 350 6 4 220

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7 2 150 8 2 150 9 6 350 10 4 220 11 4 220 12 4 220 13 2 150 14 2 150 15 2 150 16 2 150 17 2 150

5.4 DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE HABITANTES: Se calcula el número de

habitantes por manzana de la zona de influencia del proyecto a partir de su densidad y su área (población = densidad*área).

Manzana

No. Area(M2) Área(Ha) POBLACIÓN

1 8308,789 0,831 208 2 7242,182 0,724 181 3 12084,654 1,208 302 4 10365,485 1,037 259 5 8738,389 0,874 218 6 7143,586 0,714 179 7 21644,770 2,164 541 8 24647,091 2,465 616 9 7718,835 0,772 270 10 9386,426 0,939 329 11 7246,020 0,725 254 12 9621,726 0,962 96 13 5975,000 0,598 60 14 7164,935 0,716 72 15 2253,793 0,225 23 16 2402,406 0,240 24 17 3379,006 0,338 34

5.5 DETERMINACIÓN DE LOS CAUDALES: Se establece inicialmente el caudal

medio horario y posteriormente los caudales máximo diario y máximo horario. El RAS define las expresiones a emplear para el cálculo de estos caudales (como se reseña en los

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numerales 4.4, 4.5 y 4.6 de este documento). Al tratarse de una red matriz de nivel de complejidad alto se toman los siguientes valores para los coeficientes de consumo de acuerdo a lo establecido por el RAS en las TABLA B.2.5- B.2.6 respectivamente:

1 2 1.2 1.4 K K = = Manzana No. Qmd QMD QMH 1 0,841 1,010 1,414 2 0,461 0,553 0,775 3 0,525 0,629 0,881 4 1,050 1,260 1,764 5 0,885 1,062 1,487 6 0,455 0,546 0,764 7 0,939 1,127 1,578 8 1,070 1,284 1,797 9 1,094 1,313 1,839 10 0,837 1,004 1,405 11 0,646 0,775 1,085 12 0,245 0,294 0,412 13 0,104 0,124 0,174 14 0,124 0,149 0,209 15 0,039 0,047 0,066 16 0,042 0,050 0,070 17 0,059 0,070 0,099

5.6 REPARTICIÓN DE CAUDALES POR NUDO: Inicialmente se hace el trazado de la

tubería que abastecerá a la comunidad del área de influencia del proyecto, al tiempo que se establecen los nudos del sistema Posteriormente se distribuye el área que abastecerá cada nudo tendiendo en cuenta lo estipulado por el RAS en el numeral B.7.4.9. Se selecciona como método de cálculo el de las áreas. Para el cálculo de los caudales por nudo se emplea la expresión B.7.1.

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DISTRIBUCIÓN DE LA RED DE ABASTECIMIENTOS DE LOS NUDOS 1 2 3 8 7 6 11 10 5 4 9 14 13 12 2 1 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15

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DISTRIBUCIÓN DEL ÁREA A ABASTECER POR NUDO 1 2 3 8 7 6 11 10 5 4 9 14 13 12

2

1

3

4

5

7

8

9

10

12

13

14

15

11

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ASIGNACIÓN DE LA POBLACIÓN Y CAUDALES DE DISEÑO

Nodos MZ Área(Ha) Densidad(Hab/Ha)) (lts/hb/día)Dnm habitantes Caudal Qmd(lts/seg) caudal QMD(lts/seg) caudal QMH(lts/seg)

1 12 0,241 100 150 24 0,04 0,05 0,07 13 0,149 100 150 15 0,03 0,03 0,04 15 0,225 100 150 23 0,04 0,05 0,07 16 0,240 100 150 24 0,04 0,05 0,07 Total 86 0,15 0,18 0,25 2 13 0,149 100 150 15 0,02 0,02 0,03 14 0,358 100 100 36 0,04 0,05 0,07 17 0,338 100 100 34 0,04 0,05 0,07 Total 85 0,10 0,12 0,16 3 7 0,541 250 150 135 0,39 0,47 0,66 8 1,232 250 150 308 0,89 1,07 1,50 14 0,179 100 150 18 0,02 0,02 0,03 Total 461,281 1,30 1,56 2,19 4 7 0,361 250 150 90 0,16 0,19 0,26 11 0,181 350 220 63 0,16 0,19 0,27 13 0,149 100 150 15 0,03 0,03 0,04 14 0,179 100 150 18 0,03 0,04 0,05 Total 186 0,38 0,45 0,63 5 10 0,235 350 220 82 0,21 0,25 0,35 11 0,181 350 220 63 0,16 0,19 0,27 12 0,241 100 220 24 0,06 0,07 0,10 13 0,149 100 150 15 0,03 0,03 0,04 Total 185 0,46 0,55 0,77 6 9 0,386 350 350 135 0,55 0,66 0,92 10 0,235 350 220 82 0,21 0,25 0,35 12 0,481 100 220 48 0,12 0,15 0,21 Total 265 0,88 1,05 1,48 7 4 0,518 250 350 130 0,52 0,63 0,88 5 0,218 250 350 55 0,22 0,27 0,37 9 0,386 350 350 135 0,55 0,66 0,92 10 0,235 350 220 82 0,21 0,25 0,35 Total 401,394 1,50 1,80 2,52 8 5 0,218 250 350 55 0,22 0,27 0,37 6 0,179 250 220 45 0,11 0,14 0,19 10 0,235 350 220 82 0,21 0,25 0,35 11 0,181 350 220 63 0,16 0,19 0,27 Total 245 0,71 0,85 1,19 9 6 0,179 250 220 45 0,11 0,14 0,19 7 0,361 250 150 90 0,16 0,19 0,26

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11 0,181 350 220 63 0,16 0,19 0,27 Total 198 0,43 0,52 0,73 10 3 0,302 250 150 76 0,13 0,16 0,22 7 0,541 250 150 135 0,23 0,28 0,39 8 1,232 250 150 308 0,53 0,64 0,90 Total 519 0,90 1,08 1,51 11 2 0,181 250 220 45 0,12 0,14 0,19 3 0,302 250 150 76 0,13 0,16 0,22 6 0,179 250 220 45 0,11 0,14 0,19 7 0,361 250 150 90 0,16 0,19 0,26 Total 256 0,52 0,62 0,87 12 1 0,208 250 350 52 0,21 0,25 0,35 2 0,181 250 220 45 0,12 0,14 0,19 5 0,218 250 350 55 0,22 0,27 0,37 6 0,179 250 220 45 0,11 0,14 0,19 Total 196 0,66 0,79 1,11 13 1 0,208 250 350 52 0,21 0,25 0,35 4 0,518 250 350 130 0,52 0,63 0,88 5 0,218 250 350 55 0,22 0,27 0,37 Total 236,113 0,96 1,15 1,61 14 1 0,415 250 350 104 0,42 0,50 0,71 2 0,181 250 220 45 0,12 0,14 0,19 Total 149 0,54 0,64 0,90 15 2 0,181 250 220 45 0,12 0,14 0,19 3 0,604 250 150 151 0,26 0,31 0,44 Total 196 0,38 0,45 0,63

CAUDALES POR DE DISEÑO POR NUDO

NUDO (lts/seg)QMH 1 0,250 2 0,164 3 2,190 4 0,630 5 0,769 6 1,476 7 2,524 8 1,185

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9 0,725 10 1,513 11 0,868 12 1,110 13 1,607 14 0,900 15 0,634 TOTAL 26,547

CAUDALES POR DE DISEÑO POR NUDO

5.7 DISEÑO DEL HIDRANTE: Se selecciona el nudo 8 (intersección entre la carrera

18A y la calle 52) para la ubicación del hidrante, atendiendo la especificación del RAS en cuanto a que cada uno de estos elementos puede barrer como máximo un radio de 300 m,

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como se muestra en el numeral 4.8. Se le asigna un caudal de 10 lts/seg, cumpliendo con la capacidad mínima estipulada por el RAS. Por tanto el caudal correspondiente al nudo 8 pasa de 1,185 lts/seg a 11,185 lts/seg. La parte superior del hidrante debe pintarse de color rojo.

UBICACIÓN DEL HIDRANTE

(INTERSECCIÓN ENTRE LA CARRERA 18A Y LA CALLE 52)

5.8 DISEÑO DEL TANQUE DE ABASTECIMIENTO

El tanque de almacenamiento compensará las variaciones existentes de consumo, debe tener una capacidad tal que satisfaga las necesidades de la población, cuando se tenga la hora de máximo consumo, y suplir cualquier eventualidad que se presente. Los tanques cumplen tres funciones principales a saber:

 Compensar las variaciones horarias de consumo.  Mantener las presiones de servicio en la red.

 Mantener almacenada cierta cantidad de agua para atender situaciones de emergencia (incendios) e interrupciones (daños, mantenimiento).

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5.8.1 CAUDAL DE DISEÑO

El tanque debe proveer el caudal máximo horario (QMH), teniendo en cuenta la variación del consumo que se entrega a la zona que está abasteciendo.

5.8.2 CAPACIDAD DE REGULACIÓN

El tanque debe tener capacidad de compensar las variaciones entre el caudal de entrada de las plantas de tratamiento y el caudal de consumo en cada instante.

Para definir el volumen del tanque deben tenerse en cuenta las siguientes disposiciones:

1. Debe hacerse un análisis por métodos gráficos o analíticos, con base en curvas de

demanda de cada población o zona abastecida y del régimen previsto de alimentación de los tanques. El volumen que va a ser almacenado será igual al volumen calculado multiplicado por un factor de 1.2.

2. En el nivel bajo de complejidad, si no existen datos que describan las curvas de

variación del consumo horario, el volumen almacenado será igual a 1/3 del volumen distribuido a la zona que va a ser abastecida en el día de máximo consumo, garantizando en todo momento las presiones adecuadas.

3. En los niveles medio y medio alto de complejidad, en caso de preverse

discontinuidad en la alimentación al tanque, el volumen de almacenamiento debe ser igual o mayor que 1/3 del volumen distribuido a la zona que va a ser abastecida en el día de máximo consumo, más el producto del caudal medio diario (Qmd) por el tiempo en que la alimentación permanecerá inoperante.

4. Para el nivel alto de complejidad el volumen de regulación debe ser ¼ del volumen

presentado en el día de máximo consumo.

5.8.3 CAPACIDAD DEL TANQUE

La capacidad del tanque es función de varios factores a considerar:

Compensación de las variaciones horarias: La capacidad requerida para compensar

dichas variaciones en los consumos, estará basada en la curva representativa de las demandas durante las 24 horas del día y en la condición de conducción de agua al estanque, de forma tal que se produzca un equilibrio entre los caudales de llegada y salida que garanticen un servicio continuo y eficiente.

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Reserva para emergencia por incendio: El volumen adicional para combatir incendios

será el que resulte de considerar un incendio de duración entre 2 a 4 horas.

En la siguiente tabla se muestra la variación horaria del consumo de la población con cálculo del QMH, incluida el caudal necesario en caso de incendios.

CURVA DE MODELACIÓN Horas Demanda

Horaria Consumo por hora

0_1 0,45 11,95 1_2 0,48 12,74 2_3 0,55 14,60 3_4 0,70 18,58 4_5 0,85 22,56 5_6 0,95 25,22 6_7 1,00 26,55 7_8 0,95 25,22 8_9 0,90 23,89 9_10 0,80 21,24 10_11 0,65 17,26 11_12 0,75 19,91 12_13 0,85 22,56 13_14 0,85 22,56 14_15 0,80 21,24 15_16 0,70 18,58 16_17 0,60 15,93 17_18 0,55 14,60 18_19 0,68 18,05 19_20 0,65 17,26 20_21 0,55 14,60 21_22 0,55 14,60 22_23 0,47 12,48 23_24 0,46 12,21

A continuación se muestra una curva de modulación del acueducto, en función de la variación horaria del consumo.

(26)

Demanda por hora 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Horas D e m a n d a

5.8.4 CALCULOS DEL VOLUMEN DEL TANQUE DE ABASTECIMIENTO

Para el cálculo del volumen del tanque se presenta la siguiente tabla de cálculos donde se muestra la variación del consumo durante el día.

Horas Abastecimiento Demanda horaria Demanda Horaria Acumulada Diferencia Diferencia Acumulada 0_1 1 0,45 0,45 0,55 0,55 1_2 1 0,48 0,93 0,52 1,07 2_3 1 0,55 1,48 0,45 1,52 3_4 1 0,70 2,18 0,30 1,82

(27)

4_5 1 0,85 3,03 0,15 1,97 5_6 1 0,95 3,98 0,05 2,02 6_7 1 1,00 4,98 0,00 2,02 7_8 1 0,95 5,93 0,05 2,07 8_9 1 0,85 6,78 0,15 2,22 9_10 1 0,75 7,53 0,25 2,47 10_11 1 0,65 8,18 0,35 2,82 11_12 1 0,60 8,78 0,40 3,22 12_13 1 0,75 9,53 0,25 3,47 13_14 1 0,85 10,38 0,15 3,62 14_15 1 0,80 11,18 0,20 3,82 15_16 1 0,70 11,88 0,30 4,12 16_17 1 0,65 12,53 0,35 4,47 17_18 1 0,63 13,16 0,37 4,84 18_19 1 0,68 13,84 0,32 5,16 19_20 1 0,65 14,49 0,35 5,51 20_21 1 0,55 15,04 0,45 5,96 21_22 1 0,50 15,54 0,50 6,46 22_23 1 0,47 16,01 0,53 6,99 23_24 1 0,46 16,47 0,54 7,53 CURVA DE MODELACION

Diferencia Acumulada Vs. Horas

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Horas D if er en ci a A cu m u la d a

El abastecimiento del tanque debe satisfacer la demanda de la población. Para calcular el volumen del tanque se hace la siguiente formulación:

(28)

incendio Volumen gasto Volumen que del Volumen tan = + 3

70

,

246

1000

3600

53

.

7

55

.

0

55

.

16

m

s

s

l

gasto

Volumen

=

×

×

×

=

3

36

1000

3600

10

m

s

s

l

incendio

Volumen

=

×

=

3 70 . 282 tanque m del Volumen =

Para definir las dimensiones del tanque se asume una altura de tanque de 4 m. Para esta altura se procede a calcular los lados mediante la siguiente relación:

m m m H V Lados T 8.41 4 70 . 282 3 = = =

5.8.5 UBICACIÓN DEL TANQUE DE ABASTACIMIENTO

El tanque de almacenamiento, representan el enlace entre la red de distribución y el sistema de provisión.

Dicha ubicación está determinada principalmente por la necesidad y conveniencia de mantener presiones en la red dentro de los límites de servicio establecidas por las normas, en los cuales la presión mínima es de 15 mca y la máxima de 60 mca; sin embargo, parece más conveniente basar la presión mínima acorde con el número de pisos de las edificaciones, empleando la expresión:

P= 1.2 (3N+6), en donde: P: Presión en metros

N: Número de pisos de la edificación

Considerando que la zona en estudio tiene un predominio de construcciones de 2 pisos, se obtiene entonces:

(29)

Dado que la cota a la que se encuentra el tanque es elevada (32 m) y después de hacer la simulación de la red con EPANET, las presiones mínimas en los nudos cumplen con la normatividad dada por el RAS 2000 (para el nivel de complejidad alto corresponde a 15 mca), esto permite no elevar considerablemente el tanque, la altura de simulación es de 4m.

(30)

5.9 MODELACIÓN DEL SISTEMA: Se empeló el software Epanet 2.0 (U.S.

Environmental Protection Agency) para evaluar el comportamiento del sistema de distribución a diseñar. Los datos introducidos al programa fueron:

5.9.1 DATOS INICIALES

5.9.1.1 DETERMINACIÓN DE LOS CAUDALES DE DISEÑO: Al tratase de una red

de distribución se selecciona el caudal máximo horario como caudal de diseño. Para el nudo 8 donde se ubicó el hidrante se tendrá en cuenta un caudal extra correspondiente al requerimiento del hidrante.

5.9.1.2 DETERMINACIÓN DE LA COTA CLAVE: Conociendo la cota natural del

terreno (cota negra) se calcula la cota clave. La tubería se ubicará a una profundidad de 1.2 metros, por tanto:

1.2

Cota Clave Cota negra= − m

5.9.1.3 SELECCIÓN DEL MATERIAL: Para la red de distribución se empleará tuberías

de PVC, para el cual corresponde un coeficiente de fricción de 150.

5.9.1.4 SELECCIÓN DEL DIÁMETRO: Se tendrá en cuenta la especificación del RAS

en cuanto a los diámetros mínimos permitidos según el nivel de complejidad. Para este proyecto se toma como mínimo valor para el diámetro 100 mm.

DATOS INICIALES POR NUDO NUDO (lts/seg)QMH COTA NEGRA (m) COTA CLAVE (m) 1 0,2495 19,10 17,90 2 0,1644 16,68 15,48 3 2,1901 15,01 13,81 4 0,6301 12,42 11,22 5 0,7690 14,63 13,43 6 1,4764 19,72 18,52 7 2,5241 9,00 7,80

(31)

8 11,1852 9,18 7,98 9 0,7253 7,47 6,27 10 1,5135 3,73 2,53 11 0,8680 5,26 4,06 12 1,1097 3,94 2,74 13 1,6069 2,66 1,46 14 0,9005 1,80 0,60 15 0,6342 1,70 0,50

DATOS INICIALES POR TRAMO

tramo Longitud (M) DIÁMETRO (MM) CAUD AL LPS C Tanque -1 72.2855 200 26.55 150 1-2 102.7505 150 6.87 150 1-5 74.700 200 19.43 150 2-4 78.3186 150 6.71 150 3-4 111.2591 100 3.77 150 3-10 214.900 100 1.58 150 4-9 105.1106 100 3.99 150 4-5 96.966 100 -1.68 150 5-8 102.9672 150 13.34 150 5-6 143.5775 100 3.64 150 6-7 98.1408 100 2.16 150 7-8 123.3506 100 -1.45 150 7-13 113.2359 100 1.09 150 8-9 85.5202 100 -1.16 150 8-12 110.589 100 0.01 150 9-11 110.004 100 2.11 150 10-11 112.7517 100 0.07 150 11-15 122.6482 100 -0.82 150 11-12 80.4666 100 0.49 150 12-13 102.7089 100 0.52 150 12-14 127.200 100 0.71 150 14-15 68.950 100 0.01 150

(32)
(33)
(34)
(35)
(36)

5.9.2 VERIFICACIÓN DE LAS PRESIONES EN LOS NUDOS: El RAS establece 15 mca como presión mínima para un sistema de nivel de complejidad alto, como se reseña en la TABLA B.7.4. De acuerdo a ello se comparan los resultados arrojados por el software, observando que para los diámetros seleccionados se cumple con este requerimiento en todos los nudos del sistema.

PRESIONES EN LOS NUDOS

Nudo Presión 1 16.68 2 19 3 24.32 4 23.18 5 21.03 6 15.61 7 26.24 8 26.12 9 27.75 10 31.5 11 29.97 12 31.28 13 32.56 14 33.41 15 33.51

(37)
(38)

5.9.3 VERIFICACIÓN DE LAS VELOCIDADES EN CADA TRAMO: La verificación de las velocidades en los tramos del sistema es necesario para el control de la posible sedimentación. Se tiene como valor mínimo permitido para ello a 0.3 m/s. Sin embargo al analizar los valores arrojados por el software se nota que no en todos los tramos se cumple con este requerimiento, por tanto en su operación y mantenimiento se debe prestar atención a una posible sedimentación para no generar traumatismo en la prestación del servicio y poder garantizar la presión mínima establecida por el RAS.

VELOCIDADES EN CADA TRAMO

Tramo VelocidadM/SEG

Tanque -1 0.85 1-2 0.39 1-5 0.62 2-4 0.38 3-4 0.48 3-10 0.20 4-9 0.51 4-5 0.21 5-8 0.75 5-6 0.46 6-7 0.27 7-8 0.18 7-13 0.14 8-9 0.15 8-12 0.01 9-11 0.27 10-11 0.01 11-15 0.10 11-12 0.06 12-13 0.07 12-14 0.04 14-15 0.01

(39)
(40)

5.9.4 VERIFICACIÓN DE LAS PÉRDIDAS EN CADA TRAMO: El RAS establece

como valor permitido para las pérdidas en los tramos de tubería 5m/km. Al analizar los valores arrojados por el software se puede concluir que la configuración planteada para la red se cumple con este parámetro.

PÉRDIDAS EN CADA TRAMO

Tramo PerdidasM Tanque -1 3.05 1-2 1.01 1-5 1.71 2-4 0.97 3-4 2.40 3-10 0.45 4-9 2.67 4-5 0.54 5-8 3.46 5-6 2.25 6-7 0.86 7-8 0.41 7-13 0.24 8-9 0.27 8-12 0.07 9-11 0.82 10-11 0.00 11-15 0.14 11-12 0.05 12-13 0.06 12-14 0.11 14-15 0.00

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(43)

VALVULAS EN TUBERIAS TRAMO VÁLVULA Tanque -1 1-2 1-5 2-4 x 3-4 3-10 x 4-9 x 4-5 5-8 5-6 x 6-7 7-8 7-13 8-9 X 8-12 9-11 X 10-11 11-15 11-12 X 12-13 12-14 14-15 X

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(45)
(46)
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CONCLUSIONES

 Para un diseño óptimo de un sistema de suministro de agua potable es necesario reconocer las características socio-económicos de la población a abastecer dado que a partir de esta información se logrará establecer los valores de los caudales requeridos y por tanto de las características físicas del sistema.

 El diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable debe regirse por los parámetros fijados por el RAS 2000, documento que establece las condiciones mínimas y especificaciones de todos los elementos del operabilidad del sistema.

 Se concluye que el funcionamiento de la red de distribución esta condicionado por la presión que debe existir en los nudos para garantizar la prestación del servicio, cabe anotar que las velocidades en algunos tramos de la tubería no era considerables dada la distribución de caudales y la influencia de los diámetros.

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REGLAMENTO DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO BÁSICO, RAS 2000.

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Figure

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Referencias

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