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• Luis Fernando

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA. UNIDAD ZACATENCO.

AGUA POTABLE.

NOMBRE (S):  CASTRO BUENDIA LUIS FERNANDO  HILARIO ESCOBAR HANSEL ADAIR

CONTENIDO.

1. INTRODUCCIÓN. 2. DATOS GENERALES. 3. POBLACION DE ULTIMO CENSO 4. POBLACIÓN ACTUAL. 5. POBLACIÓN DE PROYECTO. 6. MÉTODO ARITMETICO. 7. METODO GEOMETRICO 8. MÉTODO DE MALTHUS. 9. PERIODO DE DISEÑO. 10. CONSUMO 11. DOTACIÓN DE PROYECTO. 12. COEFICIENTES DE VARIACIÓN. 13. GASTOS DE DISEÑO. 14. CÁLCULO HIDRAULICO.

INTRODUCCIÓN.

Actualmente y para otorgar un buen funcionamiento en los proyectos de sistemas de abastecimiento de agua potable y alcantarillado es la de dar una mayor importancia a la determinación de los datos básicos de proyecto, especialmente a la población futura, a la predicción de la demanda de agua potable y a la aportación de aguas residuales. Esto se debe a que la disponibilidad de fuentes de abastecimiento accesibles y baratas, es cada día más escasa, haciendo que la determinación correcta del consumo de agua a futuro sea crítica y de preocupación primordial en todo proyecto.

El proyecto que se presenta a continuación, es uno de los muchos ejemplos de un caso de un sistema de abastecimiento de agua potable, que servirá precisamente para dotar de agua a la población de San Antonio Villalongin, pues existe una clara deficiencia de agua y por lo tanto beneficiaremos a cientos de familia que viven en el lugar.

SAN ANTONIO VILLALOGÍN POBLACIÓN ULTIMO CENSO. la localidad de San Antonio Villalongín está situada en el Municipio de Hidalgo (en el Estado de Michoacán de Ocampo). se encuentra en las coordenadas GPS: Longitud (dec): -100.752778 Latitud (dec): 19.535000 La localidad se encuentra a una mediana altura de 2180 metros sobre el nivel del mar.

Hay 2621 habitantes. San Antonio Villalongín está a 2181 metros de altitud.

En la localidad hay 1275 hombres y 1346 mujeres. El ratio mujeres/hombres es de 1,056, y el índice de fecundidad es de 2,94 hijos por mujer. Del total de la población, el 1,30% proviene de fuera del Estado de Michoacán de Ocampo. El 6,83% de la población es analfabeta (el 8,16% de los hombres y el 5,57% de las mujeres). El grado de escolaridad es del 5.67 (5.19 en hombres y 6.12 en mujeres). El 0,31% de la población es indígena, y el 0,19% de los habitantes habla una lengua indígena. El 0,00% de la población habla una lengua indígena y no habla español. El 32,09% de la población mayor de 12 años está ocupada laboralmente (el 55,06% de los hombres y el 10,33% de las mujeres).

POBLACIÓN ACTUAL. Se hará uso de la información del último censo registrado, con base a la información otorgada por INEGI (INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA Y GEOGRAFÍA). Por lo tanto, consideramos una población actual de 2622 habitantes.

POBLACIÓN DE PROYECTO. La población de proyecto es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del período de diseño del sistema de agua potable y alcantarillado.

Estos métodos se basaban en una extrapolación de datos históricos de crecimiento de la población, que suponen que la población crecerá en el futuro con las mismas tendencias como en el pasado. La dinámica de la población sin embargo es mucho más compleja. En ella intervienen las tasas de fecundidad, mortalidad y la esperanza de vida, así como la migración internacional (entre los Estados Unidos de Norteamérica y México en primer lugar) y la migración nacional entre los estados y dentro de los municipios en un estado. Para entender los cambios en esas tasas, la Figura 1.1 muestra la variación histórica en México desde el año 1960, y proyectada hasta el año 2050, de la fecundad expresada en hijos por mujer. Mientras en los años 60 las mujeres mexicanas tenían un promedio de más de 7 hijos por mujer, a partir del año 2010 tendrán menos de 2. A su vez muestra la evolución de la esperanza de vida en México, que está en franco aumento. En resultado, la tasa de crecimiento de la población en el país va disminuyendo, como se muestra en la Figura.

Las Figuras son tomadas de documentos oficiales del Consejo Nacional de Población (CONAPO), disponibles de su página Internet www.conapo.gob.mx. Se refieren al país México completo.

Por lo anterior, la proyección de la población debe de realizarse con un estudio que considere esos factores, con base en los datos disponibles o factibles de obtener para la localidad en cuestión. La Comisión Nacional del Agua ha editado “Métodos de Proyección de Población” que explica los procedimientos a seguir para ese fin, en diferentes situaciones en cuanto a los datos disponibles. La población que habrá n años después del año i se calcula por los siguientes métodos:

AÑO

POBLACIÓN

1995 2000 2005 2010

2789 3072 3597 2621

DATOS DE CENSOS. INCREMENTO LOG. PF N. AÑOS INCREMENTO LOG. POB (%) LOG PA. 3.45 5 283 10.15 3.49 0.04 5 525 17.09 3.56 0.07 5 -976 -27.13 3.42 -0.14 15 -168 0.10 -0.03

MÉTODO ARITMETICO. PF = POBLACIÓN FUTURA. I = INCREMENTO. N = NÚMERO DE AÑOS A PROYECTAR. PA = POBLACION ACTUAL. n = NÚMERO DE AÑOS DEL INCREMENTO. 𝑃𝐹 = 𝑃𝐴 + (𝐼𝑁)

𝐼=

𝐼=

𝑃𝐴 − 𝑃𝑃 𝑛

−168 = −11.20 15

𝑃2017 = 2621 + (−11.2 𝑥 7) = 𝟐𝟓𝟒𝟑 𝑯𝒂𝒃. 𝑃2037 = 2543 + (−11.2 𝑥 20) = 𝟐𝟑𝟏𝟗 𝑯𝒂𝒃. MÉTODO GEOMETRICO.

𝑃𝐹 = 𝑃𝐴 + (𝑃𝐴 𝑥 𝑁 𝑥 𝐼𝑀𝐴)



IMA = INCREMENTO MEDIO ANUAL.

𝐼𝑀𝐴 =

∑ 𝐼𝑁𝐶𝑅𝐸. (%) 𝑛

𝐼𝑀𝐴 =

0.10 30

𝐼𝑀𝐴 = 0.003 %

𝑃2017 = 2621 + (2621 𝑥 7 𝑥 0.00003) = 𝟐𝟔𝟐𝟐 𝑯𝒂𝒃. 𝑃2037 = 2622 + (2622 𝑥 20 𝑥 0.00003)) = 𝟐𝟔𝟐𝟒 𝑯𝒂𝒃. 

INTERES COMPUESTO. 𝑃𝐹 = 𝑃𝐴 (1 + 𝑟)𝑛 𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐹 − 𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐴 𝑛 −0.03 𝐿𝑜𝑔( 1 + 𝑟 ) = = −0.001 30

𝐿𝑜𝑔( 1 + 𝑟 ) =

𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐹 = 𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐴 + 𝑁 𝐿𝑜𝑔 ( 1 + 𝑟 )

𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐹 = 3.42 + ( 7 𝑥 − 0.001 ) = 3.41 𝑳𝒐𝒈𝟐𝟎𝟏𝟕 = 𝟐𝟓𝟕𝟏 𝑯𝒂𝒃. 𝐿𝑜𝑔 𝑃𝐹 = 3.41 + ( 20 𝑥 − 0.001 ) = 3.39

𝑳𝒐𝒈𝟐𝟎𝟑𝟕 = 𝟐𝟒𝟓𝟒 𝑯𝒂𝒃. MÉTODO DE MALTHUS.

𝑃𝐹 = 𝑃𝐴 (1 + ∆)𝑁

∆= ∆=

∑ 𝐼𝑁𝐶. (%) 𝑛

0.001 = 0.0003 3

𝑃2017 = 2621 (1 + 0.0003)0.7 𝑃2017 = 𝟐𝟔𝟐𝟐 𝑯𝒂𝒃. 𝑃2037 = 2622 (1 + 0.0003)2

𝑃2037 = 𝟐𝟔𝟐𝟒 𝑯𝒂𝒃.

En base a los resultados anteriores de un estimado de población futura y teniendo en cuenta que los resultados suelen ser variables, pues nos basamos en crecimientos de población pasados, tomaremos en cuenta la mayor población posible. Para ello consideraremos los valores producto del método de Malthus, pues que son los valores con población mayor.

𝑷𝟐𝟎𝟏𝟕 = 𝟐𝟔𝟐𝟐 𝑯𝒂𝒃. 𝑷𝟐𝟎𝟑𝟕 = 𝟐𝟔𝟐𝟒 𝑯𝒂𝒃.

PERIODO DE DISEÑO.

Es el intervalo de tiempo durante el cual se estima que la obra por construir llega a su nivel de saturación; este período debe ser menor que la vida útil. Los períodos de diseño están vinculados con los aspectos económicos, que están en función del costo del dinero, esto es, de las tasas de interés real, entendiéndose por tasa de interés real el costo del dinero en el mercado menos la inflación. Mientras más alta es la tasa de interés es más conveniente diferir las inversiones, lo que implica reducir los períodos de diseño. Cabe señalar que no se deben desatender los aspectos financieros, este es, los flujos de efectivo del Organismo Operador que habrá de pagar por las obras y que la selección del período de diseño habrá de atender tanto al monto de las inversiones en valor presente como a los flujos de efectivo. Considerando lo anterior, se propuso un período de diseño sea de veinte años, esto es variable por ejemplo en el caso de aquellas obras en que no se puedan concebir proyectos modulares (obras que no pueden ampliarse fácilmente).

CONSUMO. El consumo es la parte del suministro de agua potable que generalmente utilizan los usuarios, sin considerar las pérdidas en el sistema. Se expresa en unidades de m3/día o l/día, o bien cuando se trata de consumo per cápita se utiliza I/hab/día. El consumo de agua se determina de acuerdo con el tipo de usuarios, se divide según su uso en: doméstico y no-doméstico; el consumo doméstico, se subdivide según la clase socioeconómica de la población en residencial, medio y popular. El consumo no doméstico incluye el comercial, el industrial y de servicios públicos; a su vez, el consumo industrial se clasifica en industrial de servicio e industrial de producción (fábricas), esta clasificación se resume en el siguiente diagrama:



CONSUMO DOMESTICO.

Se refiere al agua usada en las viviendas. Este consumo depende principalmente del clima y la clase socioeconómica de los usuarios. El consumo domésticos medio de una clase socioeconómica puede presentar diferencias, por diversas causas, entre las que sobresalen: la presión en la red, la intermitencia en el servicio, la suficiencia del abastecimiento de agua, la existencia de alcantarillado sanitario y el precio del agua. 

CONSUMO NO DOMESTICO.

Consumo comercial Es el que se utiliza en zonas de comercios y servicios por personas que no habitan en ellas. De acuerdo al tipo de actividad comercial del consumidor, se ha encontrado que los consumos varían en los rangos. En el caso de San Antonio de Villalongin, el uso principal del agua es doméstico y dentro del consumo no doméstico, podemos vincularlo con el uso que se le da en la agricultura, parte económica de mucha importancia en la zona.

DOTACION DE PROYECTO. La dotación es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando todos los consumos de los servicios y las pérdidas físicas en el sistema, en un día medio anual; sus unidades están dadas en l/hab/día. La dotación media de la localidad se obtiene a partir de un estudio de demandas, dividiendo el consumo total, que incluye servicio doméstico, comercial, industrial y de servicios públicos, y las pérdidas físicas de agua, entre el número de habitantes de la localidad. Cabe hacer la aclaración que para el diseño de los elementos de un sistema de agua potable, se calculará la dotación particular que le corresponde a cada zona (habitacional: residencial, media o popular; comercial o industrial). Para determinar la demanda de agua potable de una ciudad deben considerarse factores como: tamaño de la ciudad, distribución de la población por estrato socioeconómico, clima y sus variaciones en el año, existencia de alcantarillado, y otros.

A continuación, se propone una tabla práctica, que dependiendo por supuesto de la zona, el clima y el número de habitantes, podemos calcular la dotación rápidamente.

HABITANTE 2500 – 15,000 15,000 – 30,000 30,000 – 70,000 70,000 – 150,000 MAYOR A 150,000

CALIDO 150 200 250 300 350

TEMPLADO 125 150 200 250 300

FRIO 100 125 175 200 250

De la información de la tabla anterior obtenemos el dato a ocupar para la dotación de proyecto, en este caso, ocuparemos una dotación de: 150 lts/hab/dia. Dado que en nuestra población se encuentra en un clima cálido al sur del país y con un número de habitantes para 2017 de aproximadamente 2622 habitantes.

COEFICIENTES DE VARIACIÓN. Los coeficientes de variación se derivan de la fluctuación de la demanda debido a los días laborables y otras actividades. Los requerimientos de agua para un sistema de distribución no son constantes durante el año, ni el día, sino que la demanda varía en forma diaria y horaria. Debido a la importancia de estas fluctuaciones para el abastecimiento de agua potable, es necesario obtener los gastos Máximo Diario y Máximo Horario, los cuales se determinan multiplicando el coeficiente de variación diaria por el gasto medio diario y el coeficiente de variación horaria por el gasto máximo diario respectivamente.

Cabe mencionar que estos valores son tomados y otorgados por la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA).

GASTOS DE DISEÑO.

GASTO MEDIO ANUAL. El gasto medio es la cantidad de agua requerida para satisfacer las necesidades de una población en un día de consumo promedio. Su fórmula es la siguiente:

𝑄𝑚𝑎 =

𝑃𝑜𝑏 𝑃𝑟𝑜𝑦. 𝑥 𝐷𝑜𝑡. 86, 400

𝑄𝑚𝑎 =

2624 𝑥 150 86, 400

𝑄𝑚𝑎 = 4.55 𝐿. 𝑃. 𝑆

GASTO MAXIMO DIARIO Y HORARIO Los gastos máximo diario y máximo horario, son los requeridos para satisfacer las necesidades de la población en un día de máximo consumo, y a la hora de máximo consumo en un año tipo, respectivamente.




GASTO MAXIMO DIARIO.

Se utilizará un coeficiente de variación diaria (CVD) de CONAGUA, igual a 1.40.

𝑄𝑚𝑑 = 𝑄𝑚𝑎 𝑥 𝐶𝑉𝐷 𝑄𝑚𝑑 = 4.55 𝑥 1.40 𝑄𝑚𝑑 = 6.37 𝐿. 𝑃. 𝑆



GASTO MAXIMO HORARIO.

Se utilizara un coeficiente de variación horaria (CVH) de CONAGUA, igual a 1.55

𝑄𝑚ℎ = 𝑄𝑚𝑑 𝑥 𝐶𝑉𝐻 𝑄𝑚ℎ = 6.37 𝑥 1.55 𝑄𝑚ℎ = 9.88 𝐿. 𝑃. 𝑆

CAPACIDAD DEL TANQUE. 𝐶𝑇 = 𝑄𝑚𝑑 𝑥 𝐶𝑟 𝐶𝑇 = 6.37 𝑥 11 𝐶𝑇 = 70 ≈ 100 𝑚3 𝐴 = 40 𝑚2

𝐿 = 6.5 𝑚

RESUMEN DE DATOS BASICOS DEL PROYECTO.

POBLACIÓN ULTIMO CENSO. POBLACION ACTUAL POBLACIÓN PROYECTO. DOTACIÓN GASTO MEDIO ANUAL. GASTO MAXIMO DIARIO. GASTO MAXIMO HORARIO. COEFICIENTE DE VARIACIÓN DIARÍA. COEFICIENTE DE VARIACIÓN HORARÍA FUENTE DE ABASTECIMIENTO CONDUCCIÓN REGULARIZACIÓN DESINFECCIÓN

2621 HABITANTES 2622 HABITANTES. 2624 HABITANTES. 150 LTS/HAB/DIA 4.55 L.P.S 6.37 L.P.S 9.88 L.P.S 1.40 (CNA) 1.55 (CNA) RIO GRAVEDAD. TANQUE SUPERFICIAL. CLORADOR ELEMENTAL.

CÁLCULO HIDRAULICO.

DATOS: 𝑄𝑚𝑑 = 6.37 𝐿. 𝑃. 𝑆 𝐿 = 1994.45 𝑚 𝐻 = 297.50 𝑚 CÁLCULO DE DIAMETROS. Diámetro mínimo. La experiencia en la conservación y operación de los sistemas de alcantarillado a través de los años, ha demostrado que, para evitar obstrucciones, el diámetro mínimo en las tuberías debe ser de 2”. Diámetro máximo. Está en función de varios factores, entre los que destacan: el gasto máximo extraordinario de diseño, las características topográficas y de mecánica de suelos de cada localidad en particular, el tipo de material de la tubería y los diámetros comerciales disponibles en el mercado. En cualquier caso, la selección del diámetro depende de las velocidades permisibles, aprovechando al máximo la capacidad hidráulica del tubo trabajando a superficie libre.

Consideraremos la longitud por tramos de 100.00 m para lo cual se añadirán cajas rompedoras. 𝑆𝑇 = 𝑆𝑇 =

𝐻 𝐿𝑇

100.00 1994.45

𝑆𝑇 = 0.050139 𝐾𝑇 =

𝐾𝑇 =

𝑆𝑇 𝑄2

0.050139 (0.00637)2

𝐾𝑇 = 1235.65

Utilizando MANING. 𝐾=

10.293𝑛2 𝐷16/3

n= 0.009

∅1𝐾1 < 𝐾𝑇 < 𝐾2∅2 (3") 779.46