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• Cristopher Triveños Ramirez

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POBLACIÓN FUTURA Y CALCULO DE LA DOTACIÓN I. INTRODUCCION:

El desarrollo, planeamiento y aprovechamiento de los recursos hidráulicos requiere o exige la concepción de planeación, diseño, construcción y operación de las estructuras, para un mejor control y utilización de este importante recurso hídrico como es el agua. En este trabajo de abastecimiento el aprovechamiento de las aguas presenta condiciones iniciales, se hallará una solución aceptable mediante la aplicación integrada de las diferentes disciplinas, no sin antes indicar que las diferentes condiciones iniciales que presenta difieren el uno del otro. El único propósito del proyecto es beneficiar a una ciudad con el abastecimiento del agua potable en las mejores condiciones higiénicas y en forma suficiente.

II. OBJETIVOS: 1. Determinación del Período de Diseño. 2.

Cálculo de la Población actural y futura.

3.

Cálculo del consumo.

4.

Cálculo de los coeficientes de variación y caudal del diseño.

5.

Determinación de la densidad actual y futura, así como el área de expansión urbana.

III.

JUSTIFICACION DEL TRABAJO El presente trabajo y demás trabajos pretenden brindar los servicios de Agua Potable y Alcantarillado a los pobladores de una ciudadhipotética-(basándonos en los datos de Población dados como dato por el docente), ambos servicios indispensables tratando así de prever la salubridad de la población y de su medio ambiente.

IV.

REVISION DE LITERATURA 4.1.

PERIODO DE DISEÑO. Es el tiempo determinado para que la obra trabaje con eficiencia, ya sea por la capacidad en la conducción del gasto o por las resistencia física de las instalaciones. Los factores fundamentales que itervienen en la determinación del período de diseño son:

Durabilidad o vida útil de las instalaciones Las instalaciones se ven afectadas por problemas de erosión, mantenimiento y principalmente por el tiempo, además sabemos que las instalaciones son complejas y de distinto material como: asbesto-cemento, metal, P.V.C., sistemas de bombeo; etc. Facilidad de construcción y posibilidades de ampliación o sustitución Esto depende del factor económico, así: si tenemos un períódo de diseño corto, entonces el costo inicial será pequeño, pero si se tuviera que realizar las ampliaciones necesarias al final del período, esto ocacionará un costo más elevado de la obra. Tendencia de crecimiento de la poblacion De los datos obtenidos de los Censos Poblacionales observaremos el crecimiento de la población, lo cual nos hará elegier un período corto o largo de diseño según la variación del crecimiento poblacional. Desarrollo industrial Tomaremos períodos de diseño largos si observamos que en nuestra localidad el panorama industrial no se desarrolla lo sufiente.

Fuentes de financiamiento Teniendo

en

cuenta

el

Reglamento

Nacional

de

Construcciones( R.N. C.), en el acápite 3.ll.ll.1. a la letra dice:

"El período de diseño recomendable para poblaciones entre 2000 y 20000 habitantes es de 15 años". Pero teniendo en cuenta la durabilidad de las instalaciones tenemos: a)

Fuentes Superficiales: -

SIN REGUALCIóN: Debe prever un caudal mínimo para un período de 20 a 30 años.

-

CON REGULACIóN: Las capacidades de embalse deben basarse en registros de escorrentía de 20 a 30 años.

b)

Fuentes Subterráneas: El acuífero debe satisfacer la demanda de

la

población futura de 20 a 30 años, pero su aprobechamiento puede ser por etapas, mediante la perforación de pozos. c)

Obras de Captación: Dependerá de la magnitud de importancia de las obras, puede utilizarse períodos de diseño entre 20 a 30 años en promedio. Además se tiene: - Dique toma: 15 a 25 años. - Diques represa: 30 a 50 años.

d)

Estación de bombeo: - Bombas y motores: 10 a 15 años. - Instalaciones: 20 a 25 años.

e)

Líneas de conducción y aducción: Considera un período de diseño entre 20 y 40 años.

f)

Planta de Tratamiento de almacenamiento:

g)

Por lo general se permite el desarrollo por etapas con períodos de 10 a 15 años pudiendo ampliarse en el futuro para períodos similares.

h)

Tanques de almacenamiento: - De concreto: 20 a 50 años. - De metal: 20 a 30 años.

i)

Redes de Distribución: Se deben diseñar para el desarrollo completo del área que sirve, generalmente se consideran períodos que oscilen entre 20 y 40 años.

Se considerará en años la vida útil de los elementos que conforman el sistema y se basa en recomendaciones hechas por productores, técnicos de construcción, así como también por parte del Ministerio de Vivienda y Construcción, y son las siguientes: . Obras de captación

30 a 50 años.

. Líneas de conducción

30 a 40 años.

. Casa de bombas 20 a 40 años. 15 a 25 años.

. Floculadores, decantadores, filtros . Dosificadores

10 a 20 años. . Clorhinadores 20 a 30 años. 40 a 50 años. 30 a 40 años. 20 a 25

. Reservorios de C°: almacenamiento . Redes de distribución de F° Fundido . Redes de alcantarillado años.

En un Proyecto de Saneamiento no se puede considerar un período de diseño corto, tampoco un período de diseño relativamente largo, porque en un primer paso será eficiente para un futuro cercano, debido a que no se podrá incrementar la capacidad de servicio, y para el segundo por un costo elevado. Por ello se adoptará u período de diseño de 20 años.

4.2 ANALISIS POBLACIONAL. DETERMINCION DE LA POBLACION FUTURA. El estudio poblacional es imprescindible ya que con ello determinaremos el número de habitantes que serán beneficiados con este proyecto al finalizar el período de diseño. Todo estudio de población descansa sobre una basta cantidad de información como son: Censos, encuestas, estudios socio-económicos y otros. Para calcular la población futura existen varios métodos, tanto gráficos como analíticos y matemáticos. Debemos tener en cuenta que el éxito de la predicción de población futura depende básicamente del acierto en la selección del modelo matemático que más se ajuste al crecimiento poblacional real de la comunidad motivo de estudio. En esta selección debemos tener en cuenta nuevos factores adicionales o datos poblacionales y recuros por mucho tiempo, la mayoría de los cuales no se encuentran disponibles en los países en vías de desarrollo lo cual hace no tan cierta la estimación. Los modelos de estimación de población futura usualmente empleados son los siguientes. - Método de componentes o Procedimientos Generales. - Métodos gráficos. - Métodos de correlación. - Modelos de Población. - Modelos Matemáticos. Describiremos cada uno de ellos:

A. Método de componentes o Procedimientos generales También llamado método racional, es un método aceptable desde el punto de vista teórico, pero no es aplicable para el estudio de abastecimiento de agua por falta de datos. Los aspectos generales que definen este método son los siguientes: -

Crecimiento Vegerativo: Se define como el coeficiente promedio del número de nacimientos menos el número de defunciones.

-

Crecimiento Migratorio: Es el movimiento de personas de adentro hacia afuero de la ciudad o viceversa. La fórmula de cálculo es la siguiente:

Pf = Pn + (N+1) -(D+E) Donde: Pn (N+1)

= =

Población actual.

Nacimientos e inmigracio-

nes desde el último Censo hasta la fecha.

B.

D

=

Defunciones.

E

=

Emigraciones.

Pf

=

Población futura.

Métodos Graficos Tenemos dos clases: -

Proyección Simple: Cuando se la ajusta a una recta aproximada y de ella se obtienen la población actual y futura.

-

Comparativa: Cuando se toma como referencia a dos lugares de la zona en estudio con similares características.

C.

Metodos de Correlación

Se utiliza cuando no se cuenta con datos de población, tomando los de una cercana al lugar de características parecidas.

D.

Modelos Matemáticos E.1. Interés Simple: -

TASA DE CRECIMIENTO(r):

R = (Pf-Pi)/Pi*(Tf-Ti) -

FORMULA:

Pf = Pi+Pi*r*(Tf-Ti) E.2.

Interés Compuesto:

-

TASA DE CRECIMIENTO(r):

r = (Pf /Pi) (Tf - Ti) – 1 -

FORMULA:

Pf = Pi (1+r)(Tf -Ti)

Donde:

E.3.

Pf

=

Población futura.

Pi

=

Población inicial.

r

=

Taza de crecimiento.

Tf

=

Tiempo futuro.

Ti

=

Tiempo inicial.

Crecimiento Aritmético:

Tasa de crecimiento o de variación (Ka) es la relación entre la diferencia de población y la diferencia de tiempo

Ka = (Pf-Pi)/ (Tf – Ti) Fórmula

Pf = Pi + Kap(Tf – Ti)

E.4.

Crecimiento Geométrico:

-

TASA DE CRECIMIENTO GEOMETRICO (Kg.):

Kg = (Ln Pf - Ln Pi)/(Tf-Ti ) -

FORMULA:

Pf = Pi*e[Kgp(Tf -Ti)]

Donde: Pf

=

Población futura.

Pi

=

Población inicial.

Tf

=

Tiempo futuro.

Ti

=

Tiempo inicial.

Kgp

=

Promedio ponderado de Kgp. con

respecto al tiempo. 4.3.

VARIACIONES DE CONSUMO. Sabemos que el consumo de agua de una ciudad es variable con el tiempo dependiendo esta variación de las condiciones del clima, de las costumbres y de las diversas actividades de la población; entonces

decimos que el consumo de agua potable varía durante los meses del año, durante los días de una semana y más aún durante las horas de un día. -

Variación diaria: Son aquellas variaciones observadas durante un día de una semana, éstas se dan por variaciones de clima concurrencia a centros de trabajo, ocupaciones domésticas; etc. Estas variaciones si tienen influencia para un sistema de abastecimiento de agua, siendo necesario establecer el coeficiente de máxima duración diaria K1, definido por: Caudal máximo diario K=

------------------------Caudal promedio diario

El R.C.N. recomienda tomar el valor de K1 entre: 1,2 a 1,5. -

Variación horaria: Son las variaciones en el consumo horario durante un día. Estas se deben a las diferentes actividades de la población. Estas variaciones son las más notorias en ciudades pequeñas porque no tienen un consumo uniforme durante el día, así durante las cero horas hasta las cuatro horas del día, el consumo es mínimo, lo que no sucede entre las siete y las doce horas. La determinación de estas variables es de suma importancia para el abastecimiento de agua y se expresa por el coeficiente de máxima demanda horaria (K2) dado por: Caudal máximo horario K2 = ------------------------Caudal promedio diario El R.C.N. recomienda tomar los siguientes valores para K2:

Zona Rural Hasta 1000 hab. -------------- K2 = 4.0 De 1000 a 2000 hab. ---------- K2 = 3.0 Zona Urbana De 2000 a 10000 hab. --------- K2 = 2.5 Mayor de 10000 hab. ---------- K2 = 1.8 -

Coeficiente de Reajuste: K3 = K1 * K2 Sirve para encontrar el caudal máximo horario así: Qmáx.hor. = Qm * K3 ----------- Para viviendas Unifamiliares. Qmáx.hor. = Qm * K2 ----------- Para viviendas Multifamiliares.

4.4.

DOTACIÓN DE AGUA: A. Clima: Es un factor importante ya que influye en los hábitos de vida de la población, este depende directamente del consumo máximo o mínimo en las épocas de verano o invierno respectivamente. B. Características de la población: Determinado por el nivel de vida de los pobladores y básicamente de sus condiciones económica. C. Sistema de Medición: Hace que los usuarios hagan uso racional del agua. D. Existencia de Alcantarillado: Esto implica el consumo de cierta cantidad de agua de no existir desag....e el consumo será menor. E. Presión de la Red de Distribución: A mayor presión más cantidad de agua y a menos presión deficiente servicio. F. Calidad de Agua: Una buena calidad de agua depende del costo, es

decir a mayor calidad implica mayor costo esto trae un problema económico para la entidad que lo abastece y sobre todo para el consumidor; generalmente se debe correr el riesgo económico y tratar de obtener una buena calidad ya que está de por medio la salud del pueblo. Luego decimos que a mejor calidad de agua mayor consumo. G. Tarifas del Agua: A mayor tarifa del agua se produce una tendencia a economizar el agua por parte del consumidor. H. Construcción y Empalmes en la Red: De una buena construcción dependerá una mayor o menor pérdida por fugas y perjuicios contra la red. I. Filtración: Esta dotación se llama no computable y es la diferencia del total de agua suministrada durante un año entre 365 veces la población total de la ciudad que ha recibido el servicio, y se expresa por hit./per./día. R.C.N. nos da la siguiente dotación de acuerdo al clima:

DOTACION(Lit/Hab/Día) POBLACIONE

CLIMA

S

TEMPLADO Y (Hab.)

FRI

CALIDO

O 2000 - 10000

120

150

10000 - 50000

150

200

Mayor de

200

250

50000

4.5.

DENSIDAD POBLACIONAL Densidad Bruta: Es la relación entre el número de habitantes y la superficie total comprendida en una demarcación territorial.

Población PD = ---------------------------Area total de la ciudad Densidad Neta: Indice aplicable exclusivamente a zonas residenciales. Es la relación entre el número de habitantes de una determinada zona urbana y la superficie destinada a los edificios de vivienda y sus anexos. Para este cálculo se obvia el área de calles, parques, áreas comerciales, áreas de locales públicos, áreas industriales; etc. Población D = -------------------------------Area destinada a vivienda V.

METODOLOGIA: La metodología empleada es del tipo inductivo, puesto que hemos partido de un conjunto de datos, para luego ir enlazándonos de manera coherente, para llegar a determinar nuestro caudal de diseño. Dentro del proceso de cálculo se ha empleado los modelos matemáticos como el aritmético y el geométrico, en cada uno de los cuales se calculó el coeficiente de correlación para determinar el mejor.

VI.

PROCESAMIENTO DE DATOS Y RESULTADOS:

METODOLOGIA DE TRABAJO A) CALCULO DE LA DOTACIÓN Datos: Población Futura =7351 hab. Determinación de la Dotación: -) Según el Reglamento Nacional de Construcciones, para poblaciones urbanas entre(2000 a 10000 hab.) Para clima templado : Dotación = 130 l/hab/día. Determinación del caudal medio: Q MED. = ( poblac.futura * Dotación)/86400 Q med. = (7351 hab.. * 130l/hab/día)/86400 Q med. = 11.06 lt/seg Q med.= 0.011 m3. Determinación del caudal máximo diario: Q máx. diario = K1*Qmed.

-) Para el caso del Q máx. diario. el Reglamento Nacional de Construcciones, establece un coeficiente de K1 para poblaciones pequeñas K1 es el valor mayor. donde tomamos: K1 = 1.4 Q máx. diario = Qmed. * K1 = 1.4*11.06 lt/seg. Q máx. diario = 15.40 lt/seg. Q máx. diario = 0.01540 m3/s.

Determinación del caudal máximo horario: Q máx. horario = K2*Qmed.

-) Para el caso del Q máx. horario. el Reglamento Nacional de Construcciones, establece un coeficiente de K1 , donde K2 = 1.8, para poblaciones de 10000 a más habitantes y K2 = 2.5, para poblaciones de 10000 a menos habitantes. donde tomamos: K2 = 2.5 Q máx.horario = Qmed. * K2 = 2.5*11.06 lt/seg. Q máx. horario = 38.50 lt/seg. Q máx. horario = 0.0385 m3/s.

Determinación del volumen de consumo(capacidad): Vtot. = BC + Vci +Vreserva Consumo contra de Incendio: Vci = 0.5*(P)^0.5*t Donde: P: Población en miles

P=7351 hab. =7.351 miles

-) Según el Reglamento Nacional de Construcciones, establece para poblaciones < 30000 hab. (3 horas); para poblaciones > 50000 hab. (5 horas) y para poblaciones ubicadas entre (4 horas). donde tomamos: K2 = 2.5 Vci = 0.5*(7.351)^0.5*3horas*3600seg. Vci =14640.87 lit/seg. Vci =14.64 m3/día.

Consumo medio:

Vc =Población* Dotación ( al 75%) Vc =7351*130*0.75 Vc =716722.5 lt/día Vc =716.72 m3/día Vtot. = Vc + Vci +0.15*Vtot.

Donde: Vreserva = 0.15*Vtot. ; Vreserva varía < 0..10 a 0.15Vtot. > Vtot. = 716.72+14.64+0.15*Vtot. Vtot. =(716.72+14.64)/0.85 Vtot. =860.42 m3/día

Vc:716.72 m3

VOLUMEN DE CONSSUMO

Vres.:44.74 m3 VOLUMEN DE RESERVA Vci:14.64 m3 VOLUMEN CONTRA INCENDIO

CONCLUSIONES: -) De acuerdo a los cálculos anteriores, y viendo que el coeficiente de correlación del crecimiento METODO DEL INTERÉS SIMPLE se aproxima más a la unidad (1), consideraremos ésta forma de crecimiento poblacional para nuestro diseño. -) La población, según el crecimiento escogido, para el año 2020 (20 años) es de 7351 habitantes.

-) Las dotaciones, nos dan los parámetros necesarios para el diseño adecuado de los sistemas de abastecimiento. -) El caudal calculado está dado para una población futura, es por esto, que el sistema debe funcionar de acuerdo al crecimiento de dicha población. -) Se ha observado que las dotaciones, tanto de la ciudad como de la urbanización, al ser un poco altas, se tendrá que buscar una fuente de abastecimiento adecuada, ya que la elección poco adecuada de esta fuente nos producirá en el futuro muchos problemas.