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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO -FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA-

“PROYECTO DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

 PROFESOR: D.R. HORACIO GONZÁLEZ RODRÍGUEZ

MIEMBROS DEL EQUIPO:  LEMUS SOLORIO ALFONSO (1209689X)  VELAZQUEZ JIMENEZ FRANCISCO JAVIER (1234854J)  SAGRERO MORA VÍCTOR JESÚS (1229977A)

MÓDULO: TERCERO SECCIÓN: 02 CICLO ESCOLAR: 2017/2018 MORELIA, MICHOACÁN; A 10 DE ABRIL DEL 2018

ÍNDICE OBJETIVOS: ........................................................................................................................ 1 OBJETIVOS GENERALES: .............................................................................................................. 1 OBJETIVOS PARTICULARES: ......................................................................................................... 1

MARCO TEÓRICO: ............................................................................................................... 2 CONCEPTOS TÉCNICOS QUE NORMAN EL CRITERIO EN LA PLANEACIÓN DE PROYECTOS DE OBRAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE: ..................................................................................... 2 ACTIVIDADES PRELIMINARES: ...................................................................................................... 4 ESTUDIOS DE CAMPO: ................................................................................................................. 4 ESTUDIOS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y PUNTO DE TOMA DE CORRIENTE: ................................................................................................................................ 6 ESTUDIOS DE OFICINA: ................................................................................................................ 6 OBRAS DE CONDUCCIÓN: .......................................................................................................... 22

DESARROLLO DEL PROYECTO: .......................................................................................... 34 POBLACIÓN DE PROYECTO: ....................................................................................................... 34 ESTUDIO DE DOTACIÓN Y CONSUMO: ......................................................................................... 37 PROYECCIÓN DE DEMANDA Y DOTACIÓN: ................................................................................... 39 GASTOS DE DISEÑO: .................................................................................................................. 42 SELECCIÓN DEL SITIO DE COLOCACIÓN DE LAS PLANTAS TRATADORAS, ESTACIÓN DE BOMBEO, TUBERÍA Y TANQUE DE REGULARIZACIÓN: ................................................................................. 45 CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD: .................................................................................................. 47 CONDUCCIÓN POR BOMBEO: ..................................................................................................... 53

ESTIMACIÓN DE COSTOS: .................................................................................................. 64 CONCLUSIONES: ............................................................................................................... 66 CONCLUSIÓN DE ALFONSO LEMUS SOLORIO: ............................................................................. 66 CONCLUSIÓN DE FRANCISCO JAVIER VELÁZQUEZ JIMÉNEZ: ........................................................ 67 CONCLUSIÓN DE VÍCTOR JESÚS SAGRERO MORA: ...................................................................... 68

REFERENCIAS: .................................................................................................................. 70 BIBLIOGRAFÍA: .......................................................................................................................... 70 WEBGRAFÍA: ............................................................................................................................. 70

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERALES:  



Diseñar un sistema de Tuberías, Accesorios y Bombas para abastecer de Agua Potable a la Zona de Altozano (Comercios y Población que habita). Transportar agua de dos fuentes: el 70 % se tomará de la Presa de Coíntzio y el 30 % del manantial de la Mintzita. Suponga en ambos casos que el agua se tomará a la salida de una Planta de tratamiento de agua, que se ubicará justo a un costado de cada fuente. Realizar un estimado de los costos de la Tubería, Accesorios y Bombas.

OBJETIVOS PARTICULARES:   

   

Determinar una ubicación de las Plantas Potabilizadoras, Tuberías, Estación de Bombeo y Tanques de Regularización. Aproximar el número de habitantes en la Montaña Monarca (Punta de Altozano) en 2018. Realizar un estudio de Dotación para la Localidad de la Montaña Monarca (punta de Altozano) ó realizar estimaciones de Dotación y Demanda en base a datos estándar establecidos por CONAGUA; para calacular los Caudales de Diseño (Caudal Medio Horario). Calcular el Diámetro de Tuberías, tipo de material de Tubería, Grosor y Presión Nominal o Hidráulica, de la conducción por Gravedad y Bombeo. Determinar la Carga Total de Bombeo, y Potencia de Bombeo, en base los datos de Conducción y Caudal de Diseño. Seleccionar la o las Bombas que cubran la demanda de Carga Total y Caudal de Diseño suponiendo una eficiencia del 90%. Estimar las dimensiones de los Tanques de Regularización en base a datos estándar.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

MARCO TEÓRICO: CONCEPTOS TÉCNICOS QUE NORMAN EL CRITERIO EN LA PLANEACIÓN DE PROYECTOS DE OBRAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE: Una población se abastece de agua con varios propósitos: para beber y cocinar, para aseo personal, lavado de ropa y utensilios, para los sistemas de calefacción y acondicionamiento de aire, para riego de prados y jardines, para ornato en fuentes y cascadas, para fines industriales, para eliminar los desechos industriales y domésticos, para la protección de la vida y la propiedad, usándola contra el fuego y para muchos otros usos. Un sistema de abastecimiento de agua potable consta fundamentalmente de las siguientes partes: de obra de captación, línea de conducción, tanque de regulación o de almacenamiento, línea de alimentación y red de distribución; si es necesario deberá incluirse planta potabilizadora y planta de bombeo. Un buen servicio de agua potable debe suministrar agua de buena calidad, en cantidad suficiente, a la presión necesaria a toda hora y en todos los puntos de la población. Para estos fines se llevan a cabo que norman el criterio del ingeniero con relación al medio en que va a operar. Estas actividades se resumen en el siguiente cuadro sinóptico (César Valdez, 1994):

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

Premiliminar

es

Actividades

Estudios de campo

Categoría política Datos Históricos Coordenadas Geográficas Ubicación Estudio Socioeconómico Estudio de factibilidad técnica y económica

Geohidrológicos Topográficos Climatológicos Aforos y toma de muestras de agua Sondeos Mecánica de Suelos Características de la energía eléctrica y punto de toma de corriente Estudio de resistividad Zonas de crecimiento futuro Materiales y mano de obra disponibles Flete y pasajes Obtención del plano predial De pavimentos De instalación de agua potable (si hay) De alcantarillado (si hay) De instalaciones eléctricas Telefónicas De gas Topograficas, etc .

De laboratorio

De oficina

Elaboración del proyecto

Análisis de muestras de agua Análisis de muestras de suelo

Estudio de dotación Estudio demográfico Población de proyecto Periodo económico Elección de la fente de abastecimiento Elección del tipo de tubería (PVC, acero,etc.) Datos del proyecto Obra de captación Línea de conducción Obra de regulación o de almacenamiento Línea de alimentación Red de distribución Potabilización Equipos de instalaciones electromecánicas Tomas domiciliarias Hidrantes contra incendios Números generadores de obra Presupuesto base Especificaciones de la construcción Financiamiento Memoria descriptiva del proyecto Relación de planos Impacto ambiental

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Las actividades anteriores se refieren a lo siguiente: ACTIVIDADES PRELIMINARES: CATEGORÍA POLÍTICA: Se refiere a que si la población es capital del Estado, cabecera de municipio, parte del municipio, villa, delegación, ranchería, etc., y el Estado a que pertenece. DATOS HISTÓRICOS: Fecha de fundación, nombre o nombres de los fundadores, razón de la fundación, significado del nombre de la población, acontecimientos históricos importantes. POSICIÓN GEOGRÁFICA: Se refiere a las coordenadas geográficas, es decir, longitud y latitud así como su altitud con respecto al nivel del mar. Se deberá incluir localización a escalas macro y micro. UBICACIÓN: En qué región de un Estado de la República, se encuentra, en qué kilometraje de una ruta, o qué desviación existe para llegar y por qué medios. Se deberá incluir mapa de carreteras con principales vías de acceso. ESTUDIO SOCIOECONÓMICO: Se refiere al tipo de población, de calles, de casas, costumbres generales de los habitantes, servicios de que disponen, como son: agua potable, alcantarillado, energía eléctrica, teléfonos, correos, centros de salud, hospitales, mercados, rastros, templos, cines, teatros, panteones, datos censales. Debe también observarse su modo de vestir, los alimentos básicos, población que trabaja, número de analfabetas, fuentes de trabajo locales y regionales, materias primas o productos elaborados de la localidad, salario mínimo y otros que den ideas de la vida social y económica de la población. ESTUDIOS DE CAMPO: GEOHIDROLÓGICOS

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Se refiere a la localización de fuentes de abastecimiento, superficiales y subterráneas según lo indiquen los estudios hidrológicos o geológicos; según su procedencia se puede prever la cantidad y calidad, forma de prever la contaminación, época en que se dispone de mayor o menor cantidad de agua, forma y manera de disponer de esas fuentes y todo lo que la hidrología y la geología pueda darnos respecto a la disponibilidad de agua para la localidad en estudio. TOPOGRÁFICOS: Se hará un reconocimiento de la o las zonas de captación, de las probables líneas de conducción, de sitios probables de ubicación de la planta potabilizadora o caseta de cloración, así como del o los tanques de regularización o de almacenamiento, de la o las líneas de alimentación y de la población. Después de estos reconocimientos se harán los levantamientos topográficos con su respectivo perfil en los casos necesarios de los sitios mencionados. En el levantamiento topográfico de la población se tomarán en cada crucero las elevaciones del terreno. Estos estudios o levantamientos deben partir de “Bancos de nivel” referidos al nivel medio del mar. Para ahorro de tiempo, se pueden aprovechar los bancos localizados por el INEGI, ferrocarriles, carreteras, caminos y por la CONAGUA, o bien por otras dependencias locales o privadas; siempre y cuando garantice su referenciación geográfica y de elevación del terreno. CLIMATOLÓGICOS: Estos estudios se refieren naturalmente al tipo de clima recurriendo a los registros de temperatura, poniendo atención a las máximas, mínimas y medias. Se refiere también a la dirección de los vientos dominantes, a los periodos de lluvias e intensidad de éstas. RESISTIVIDAD: Es un estudio que se hace para determinar el potencial eléctrico del suelo, con miras de proteger catódicamente a la tubería en caso de que esta sea metálica o tenga refuerzo metálico.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” ESTUDIOS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y PUNTO DE TOMA DE CORRIENTE: Esta actividad se desarrolla con el fin de conocer el voltaje, frecuencia, ciclo, etc., para determinar el tipo de instalaciones eléctricas posteriores y necesarias en el sistema. El punto de toma de corriente es necesario para saber en dónde se conectará la línea que alimentará de energía eléctrica a las partes del sistema que lo requieran. OTROS: Además de las anteriores actividades, debe tomarse nota de los materiales existentes, su costo, localización, así como posibles fletes, pasajes, necesidad de campamento. Debe anotarse también las zonas de crecimiento futuro, etc. ESTUDIOS DE OFICINA: ESTUDIO DE DOTACIÓN: Se entiende por dotación la cantidad de agua que se asigna a cada persona por día y se expresa en L/hab/d (litros por habitante por día). Esta dotación es una consecuencia de las necesidades de agua de una población, quien la demanda para los usos siguientes: para saciar la sed, para reparación de alimentos, para el aseo personal, para el lavado de utensilios y vestido, para el aseo de la habitación, para el riego de calles y jardines, protección contra incendios, para edificios o instalaciones públicas, para usos industriales, comerciales, etc. Los anteriores usos se resumen en consumo doméstico, consumo público, consumo industrial, consumo comercial, fugas y desperdicios. CONSUMO: El consumo se valora de acuerdo al tipo de usuario y se divide según su uso en: doméstico y no-doméstico, éstos a su vez se subdividen según las clases socioeconómicas de la población. GRÁFICA DE DIVISIÓN DE CONSUMOS:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

CONSUMO

DOMÉSTICO

Residencial Medio Popular

Comercial Servicios Públicos NO DOMÉSTICO

Industrial

De Servicios De Productos

CONSUMO DOMÉSTICO: Es la cantidad de agua que se utiliza en las viviendas y depende básicamente del clima y de la clase socioeconómica de los usuarios y varía en algunos casos por las siguientes causas: presión del agua en la red, existencia de alcantarillado sanitario, costo del agua. Para determinar el consumo se deberá proceder con las tablas 2.1, 2.2 y 2.3 (Ruiz Chávez, García Acevedo and Aguilera Juárez, n.d.). Tabla 2.1 TIPOS DE USUARIOS CLASE SOCIOECONÓMICA Residencial Media Popular

DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE VIVIENDA Casas solas o departamentos de lujo, que cuentan con dos o más baños, jardín de 50 𝑚2 o más, cisterna, lavadora, etc. Casas y departamentos que cuentan con uno o dos baños, jardín de 15 a 35 𝑚2 y tinaco. Vecindades y casas habilitadas por una o varias familias las cuales cuentan con jardín de 2 a 8 𝑚2 , con un solo baño o compartiéndolo.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Tabla 2.2 CLASIFICACIÓN DE CLIMAS POR TEMPERATURA TEMPERATURA MEDIA ANUAL (°C) Mayor de 22 De 18 a 22 De 12 a 17.9 De 5 a 11.9 Menor a 5

TIPO DE CLIMA Cálido Semicálido Templado Semifrío Frío

Tabla 2.3 CONSUMOS DOMÉSTICOS PER CÁPITA CLIMA

Cálido Semicálido Templado, Semifrío y Frío

CONSUMO POR CLASE SOCIOECONÓMICA L/HAB/DÍA RESIDENCIAL MEDIA POPULAR 400 230 185 300 205 130 250 195 100

CONSUMO NO DOMÉSTICO: Es el agua que se utiliza en zonas de comercios y servicios y servicios, por personas que no viven en estos lugares y se puede dividir en: CONSUMO COMERCIAL: Depende del tipo y cantidad de comercio tanto en la localidad como en la región. Igual que en las industrias, el comercio también conduce a una mayor concentración de la población; con la diferencia de que esta concentración es muy localizada por presentarse periódicamente; esta concentración demanda una mayor cantidad de agua. En la tabla 2.4 se muestra el consumo por tipo de actividad comercial. CONSUMO INDUSTRIAL: Este consumo es el uso de agua en fábricas, hoteles, etc., y su cantidad se determina según el tipo de actividad de la industria. Depende del grado de industrialización y del tipo de industrias grandes o pequeñas. Las zonas industriales en muchos casos conducen a un desarrollo urbanístico que trae como consecuencia un aumento en el consumo de agua. En el consumo industrial del agua, influye la cantidad disponible, precio y calidad, así como la profundidad de los mantos acuitaros que pueden ser explotados. En general las industrias de cierta magnitud se abastecen en forma particular de sus propios sistemas sin gravitar sobre el sistema general de la población. En

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” las tablas 2.5 y 2.6, se muestran los consumos de algunas de las actividades industriales de servicios y de producción. CONSUMO PÚBLICO: Este consumo se refiere al de los edificios e instalaciones públicas tales como escuelas, mercados, hospitales, rastros, hidrantes, riego de calles, prados, jardines, servicios contra incendio, lavado de redes de alcantarillado. Esto consumo es variable pero en nuestro país puede estimarse entre el 20 y 30% del consumo doméstico. El consumo público normalmente es excesivo debido a los descuidos, pues el desperdicio en tales usos públicos se debe a daños en tuberías, llaves o accesorios cuya reparación inconscientemente se retarda. Para prevenir estos desperdicios debe tratar de eliminarse los servicios gratuitos, pues en la sociedad impera la realidad de que lo que es de todos se cuida de nadie. Tabla 2.4 Consumo mínimo en comercios (Ruiz Chávez, García Acevedo and Aguilera Juárez, n.d.).: TIPO DE INSTALACIÓN Oficinas (cualquier tipo) Locales comerciales Mercados Baños públicos

CONSUMO DE AGUA 20 l/𝑚2 /día (a) 2 6 l/𝑚 /día (a) 100 l/local/día 300 l/bañista/regadera/día (b) Lavanderías de autoservicio 40 l/kilo de ropa seca Clubes deportivos y servicios 150 l/asistente/día (a,b) privados Cines y teatros 6 l/asistente/día (b) Notas: a) Variable de acuerdo al giro del negocio. b) Variable de acuerdo al nivel socioeconómico donde se ubique. Tabla 2.5 Consumo en hoteles. (Industrial de servicios) Clasificación Gran turismo 4 y 5 estrellas 1 a 3 estrellas

Consumos en hoteles (l/cuarto/día) Zona turística Zona urbana 2000 1000 1500 750 1000 400

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Tabla 2.6 Consumo de servicio para personal en las industrias. (Industrial de producción) TIPO DE INSTALACIÓN

CONSUMO DE AGUA (l/trabajador/jornada) 100

Industrias donde se manipulen materiales y sustancias que ocasionen manifiesto desaseo Otras industrias 30 Nota: El consumo para el proceso se obtiene para caso particular.

Tabla 2.7 Consumos para producción de algunos tipos de industria

Notas:

INDUSTRIA RANGO DE CONSUMO (𝑚3 /día) Azucarera 4.5-6.5 Química (a) 5.0-25.0 Papel y celulosa (b) 40.0-70.0 Bebidas (c) 6.0-17.0 Textil 62.0-97.0 Siderúrgica 5.0-9.0 Alimentos (d) 4.0-5.0 a) Variable de acuerdo al producto. b) Se indican sólo los índices de celulosa. c) Se tomó como representativa la cerveza. d) Se tomaron como representativos los alimentos lácteos.

Tabla 2.8 Consumo para usos públicos. TIPO DE INSTALACIÓN SALUD: Hospitales, Clínicas y Centros de salud. Orfanatorios y asilos EDUCACIÓN Y CULTURA: Educación elemental Educación media y superior RECREACIÓN: Alimentos y bebidas Entretenimiento (teatros públicos) Recreación social (deportivos municipales) Deportes al aire libre, con baño y vestidores

CONSUMO DE AGUA 800 l/cama/día 300 l/huésped/día

(a,b) (a)

20 l/alumno/turno 25 l/alumno/turno 12 l/comida 6 l/asiento/día 25 l/asistente/día

(a,b) (a,b) (a,b) (a,b) (a)

150 l/asistente/día

(a)

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Estadios

10 l/asiento/día

(a)

SEGURIDAD: Cuarteles 150 l/persona/día (a) Reclusorios 150 l/interno/día (a) COMUNICACIONES Y TRANSPORTE: Estaciones de transporte 10 l/pasajero/día Estacionamientos 2 l/m2/día ESPACIOS ABIERTOS: Jardines y parques 5 l/m2/día Nota: a) Las necesidades de riego se consideran por separado a razón de 5 l/m2/día b) Las necesidades generadas por empleados o trabajadores se consideran por separado a razón de 100 l/trabajador/día. Estadísticas de consumo. Para este caso, primero se ordena la información de volúmenes consumidos en periodos mensuales por usuarios totales registrados, usuarios con servicio médico, usuarios de zona socioeconómica, usuarios comerciales, industriales y públicos; en el caso de no tener la información, se recomienda realizar una encuesta para complementarla. En cualquiera de los dos casos planteados anteriormente, se debe calcular el consumo de agua para el combate de incendios, que se determina de acuerdo con lo indicado en la tabla 2.9. Estos valores son le resultado de la investigación de consumos de agua contra incendio, realizada por el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, en los cuerpos de bomberos de algunas ciudades del país. Tabla 2.9 Consumo de agua contra incendio TAMAÑO DE LA LOCALIDAD (habitantes) 10,000-50,000 50,001-200,000 Más de 200,000 Notas: 

HIDRANTES SIMULTÁNEOS

2 2 3

GASTO por Hidrante Total (l/s) (l/s) 15.8 31.6 31.5 63.0 31.5 94.5

CONSUMO PER CÁPITA l/hab/siniest ro 4 4 4

VOLUMEN TOTAL (m3) 40-200 200-800 Más de 800

Presión minima en la toma (hidrante) = 5.0 m.c.a

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”  







Diámetro mínimo de la red para colocar el hidrante =152 mm (6”). Localización de hidrantes para cálculo hidráulico; uno en la zona comercial, uno en el punto más alejado de la alimentación y uno en la zona industrial. Distribución de hidrantes en la red= separación máxima entre hidrantes 300m, cubriendo toda la zona centro, zonas industriales y hoteles y de 1000 en áreas restantes. Cuando el diámetro de la línea de alimentación sea igual o menor de 4”, en todos los casos deberán instalarse cajas de inundación (pozos contra incendio). En poblaciones menores a 10,000 habitantes no se considera el sistema contra incendio.

El consumo contra incendio se obtiene de multiplicar los datos de consumo per cápita (l/hab/siniestro) de la tabla 2.9, por el número de habitantes y dividirlo entre 1000, con lo que se tendrá un volumen por siniestro (m3/siniestro), este volumen se debe multiplicar por el número de siniestros al año (este dato se debe consultar en el cuerpo de bomberos de la localidad), y así obtener el consumo en m3/día. Una vez determinado cada uno de los consumos por tipo de servicio, se calcula el consumo total, sumando todos los valores correspondientes a consumos domésticos y no domésticos, por clase y por tipo, de acuerdo a la siguiente expresión (2.1): CT=Cdr+Cdm+Cdp+CC+Ci+Cp+Ce

(2.1)

Donde: CT= consumo diario total, en m3. Cdr= consumo diario doméstico residencial, en m3. Cdm= consumo diario doméstico clase media, en m3. Cdp= consumo diario doméstico clase popular, en m3. CC= consumo diario comercial, en m3. Ci= consumo diario industrial, en m3. Cp= consumo diario público, en m3.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Ce= consumo diario contra incendio, en m3. DEMANDA ACTUAL: La demanda actual se considera a la suma de los consumos para cada tipo de usuario más las pérdidas físicas y se obtiene generalmente multiplicando el consumo por cada tipo de usuario de cada sector, por el número correspondiente de ellos, ya sean habitantes, locales comerciales, etc. PREDICCIÓN DE LA DEMANDA: Cuando se trata de diseñar un sistema hidráulico urbano, es importante determinar la demanda futura de agua, calculándola por medio de la suma de los distintos consumos de las diferentes clases socioeconómicas y la proyección de la población. El cálculo de la demanda futura se presentará por año (en forma de tabla, indicando las acciones consideradas, en cada tipo de servicio y en las pérdidas de agua) y su predicción se realizará para los periodos de diseño de los elementos del sistema de agua potable. La predicción de la demanda se realiza en función de las proyecciones de población, cobertura de servicio esperada, crecimiento industrial, comercial y de servicios públicos, como se muestra en la tabla 2.10. El cálculo de la demanda se hace, multiplicando los consumos unitarios correspondientes a cada tipo de servicio: por el número de habitantes, número de comercios, cantidad de producción de las industrias y número de servicios, esperados en la tabla 2.10; sumando el valor de la pérdida diaria de agua, año tras año. Tabla 2.10 Datos base para proyección de demanda (Ruiz Chávez, García Acevedo and Aguilera Juárez, n.d.): TIPO DE SERVICIO Doméstico: Residencial Media

PERIODO DE DISEÑO AÑO AÑO (i+1) INICIAL (i)

… AÑO (n)

No. Habitantes No. Habitantes

… No. Habitantes … No Habitantes

No. Habitantes No. Habitantes

FINAL

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Popular Comercial: Oficinas Mercados Baños públicos

No. Habitantes

No. habitantes

… No. Habitantes

No. De m2 No. De locales No. De bañistas Kg. De ropa

No. De m2 No de locales No de bañistas Kg. De ropa

… No. De m2 … No. De locales … No. De bañistas … Kg. De ropa

Lavanderías de autoservicio Industrial: Manejen sustancias que No. De No. … No. ocasionan desaseo trabajadores Trabajadores Trabajadores Otras industrias Hotelero: Hoteles y moteles Público: Hospitales Escuelas de educación elemental Escuelas de educación media Riego de jardines Pérdidas de agua

Unid, produc.

de Unid, produc.

de … Unid, produc.

de

Cuartos

Cuartos

… Cuartos

No. Camas No. Estudiantes No. Estudiantes m2 % de pérdidas

No. Camas No. Estudiantes No. Estudiantes m2 %de pérdidas

… No. Camas … No. Estudiantes … No. Estudiantes … m2 … % de pérdidas

Entonces la demanda para cada año será el resultado de la suma de los correspondientes consumos anteriores, más las pérdidas de agua potable, en unidades de m3 por día. PÉRDIDAS FÍSICAS: El agua se pierde por diversos motivos en las líneas de conducción, tanques, red de distribución, y tomas domiciliarias se conoce con el nombre genérico de fugas; son las pérdidas físicas y se pueden determinar mediante aforos, inspecciones, distritos hidrométricos, etc. Estas pérdidas depende de factores como: calidad y edad de las tuberías y accesorios, proceso constructivo, presión del agua, mantenimiento y operación del sistema, etc.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” FUGAS Y DESPERDICIOS: Aunque las fugas y los desperdicios no constituyen un consumo, es un factor que debe ser considerado. En la vivienda influye en el consumo doméstico, pues es común encontrar filtraciones o fugas permanentes debido a desperfectos en las instalaciones domiciliarias. Estas pérdidas aunadas al mal uso de consumos públicos y al irracional uso doméstico, conducen a agravar el consumo general de agua. Las fugas y desperdicios que se presentan en todas las partes del sistema, constituyen el porcentaje importante del consumo total. Estas pérdidas giran alrededor del 35% de la suma de los consumos antes citados. VARIACIONES DE CONSUMO: Un sistema es eficiente cuando en su capacidad está prevista la máxima demanda de una localidad. Para diseñar las diferentes partes de un sistema, se necesita conocer las variaciones mensuales diarias y horarias del consumo, interesan las demandas medias, las máximas diarias y las máximas horarias. Estas demandas que representan volumen de agua en unidad de tiempo se llaman, gastos. Así tenemos el gasto medio (𝑄𝑚𝑒𝑑 ), el gasto máximo diario (𝑄𝑚á𝑥𝑑 ), y el gasto máximo horario (𝑄𝑚á𝑥ℎ ). GASTO MEDIO: Es el gasto que en término medio se consume en un día cualquiera del año, se obtiene de la siguiente manera: 𝑄𝑚𝑒𝑑 =

𝑃𝐷 86400

(2.2)

Donde:

𝑄𝑚𝑒𝑑 = 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 (𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛

𝐿 ) 𝑠𝑒𝑔

P= Población (expresada en habitantes) D= Dotación (expresada en L/hab/día)

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” GASTO MÁXIMO DIARIO: El consumo medio anual sufre variaciones en más y en menos, pues hay días que por la actividad, la temperatura u otra causa, se demanda un consumo mayor que el medio anual, este consumo en más se estima que fluctúa entre 120 y 180% pero en poblados pequeños llega al 200%. En general en la República Mexicana el máximo consumo se registra entre mayo y julio. Al máximo consumo diario se le llama “gasto máximo diario” se le llama “coeficiente de variación diaria”. Este gasto es el que debe aportar como mínimo la fuente de abastecimiento, y es el que debe llevar la línea de conducción, y con el que se calcula la capacidad de la planta potabilizadora y del tanque de regulación. Se representa por 𝑄max 𝑑 y se expresa en L/s. 𝑄𝑚á𝑥 𝑑 = 𝐶𝑉𝑑 𝑄𝑚𝑒𝑑

(2.3)

GASTO MÁXIMO HORARIO: A su vez, el “gasto máximo diario” sufre variaciones en las distintas horas del día, por lo que en el día de mayor consumo lo que interesa en qué hora de las 24 se requiere mayor gasto. Se ha observado que en las horas de mayor actividad se alcanza hasta un 150% del “gasto máximo diario”. A esta variación del consumo se le llama “gasto máximo diario” y al coeficiente con que se afecta al “gasto máximo diario” se le llama “coeficiente de variación horaria”. Se represente por 𝑄𝑚á𝑥 ℎ y se expresa en L/s. 𝑄𝑚á𝑥 ℎ = 𝐶𝑉ℎ 𝑄𝑚á𝑥 𝑑

(2.4)

Tabla 2.11 COEFICIENTES DE VARIACIÓN DIARIA Y HORARIA CONCEPTO Coeficiente de variación diaria (CVd) Coeficiente de variación horaria (CVh)

VALOR 1.40 1.55

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 periodo debe ser menor que la vida útil. Los periodos 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.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Mientras más alta es la tasa de interés es más conveniente diferir las inversiones, lo que implica reducir los periodos de diseño. Considerando lo anterior, se recomienda que el periodo de diseño sea de cinco años, con excepción de aquellas obras en que no se puedan concebir proyectos modulares (obras que no pueden ampliarse fácilmente). Siempre que sea factible se deberán concebir proyectos modulares, que permitan diferir las inversiones un mayor tiempo posible. Los periodos de diseño de las obras y acciones necesarias, para la planificación del desarrollo de los sistemas de agua potable y alcantarillado, se determinan, por un lado, tomando en cuenta que éste siempre es menor que la vida útil de los elementos del sistema; y por otro, considerando que se tendrá que establecer un plan de mantenimiento o sustitución de algún elemento, antes que pensar en la ampliación, mejoramiento o sustitución de todo el sistema. Los elementos de un sistema de agua potable y alcantarillado se proyectan con una capacidad prevista hasta el periodo de diseño. Rebasado el periodo de diseño, la obra continuará funcionando con una eficiencia cada vez menor, hasta agotar su vida útil. Para definir el periodo de diseño de una obra o proyecto se recomienda el siguiente procedimiento: Hacer un listado de todas las estructuras, equipos y accesorios más relevantes dentro del funcionamiento y operación del proyecto. Con base en la lista anterior, determinar la vida útil de cada elemento del proyecto, según la tabla 2.12. Definir el periodo de diseño de acuerdo a las recomendaciones de la tabla 2.12 y a la consulta del estudio de factibilidad, que se haya elaborado en la localidad. Tabla 2.12. Periodos de diseño para elementos de sistemas de agua potable y alcantarillado ELEMENTO Pozo Embalse (presa) Línea de conducción

PERIODO DE DISEÑO (años) 5 Hasta 50 De 5 a 20

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Planta potabilizadora Estación de bombeo Tanque Distribución primaria Distribución Secundaria Red de atarjeas Colector y emisor Planta de tratamiento

De 5 a 10 De 5 a 10 De 5 a 20 De 5 a 20 A saturación (*) A saturación (*) De 5 a 20 De 5 a 10

(*) En el caso de distribución secundaria y red de atarjeas, por condiciones de construcción difícilmente se podrá definir la inversión. VIDA ÚTIL Es el tiempo que se espera que la obra sirva a los propósitos de diseño, sin tener gastos de operación y mantenimiento elevados, que hagan antieconómico su uso o que requiera ser eliminada por insuficiente. Este periodo está determinado por la duración misma de los materiales de los que están hechos los componentes, por lo que es de esperar que este lapso sea mayor que el periodo de diseño. Otros factores que determinan la vida útil de las obras de agua potable y alcantarillado son la calidad del agua a manejar y la operación y mantenimiento del sistema. Se deben tomar en cuenta todos los factores, características y posibles riesgos de cada proyecto en particular, para establecer adecuadamente el periodo de vida útil de cada una de las partes del sistema de agua potable, alcantarillado y saneamiento. La vida útil de las obras depende de los siguientes factores: o o o o o

Calidad de la construcción y de los materiales utilizados. Calidad de los equipos. Diseño del sistema. Calidad del agua. Operación y mantenimiento.

En la selección de la vida útil, es conveniente considerar que generalmente la obra civil tiene una duración superior a la obra electromagnética y de control. Así mismo, las tuberías tienen una vida útil mayor que los equipos, pero no

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” tienen la flexibilidad de éstos, puesto que se encuentran enterradas. Tampoco hay que olvidar que la operación y mantenimiento es preponderante en la duración de los elementos, por lo que la vida útil dependerá de la adecuada aplicación de los programas preventivos correspondientes. En la tabla 2.13 se indica la vida útil de algunos elementos de un sistema de agua potable y alcantarillado, considerando una buena operación y mantenimiento, y suelos no agresivos. Tabla 2.13. Vida útil de elementos de un sistema de agua potable, alcantarillado y saneamiento (Ruiz Chávez, García Acevedo and Aguilera Juárez, n.d.): ELEMENTO Pozo: a) Obra civil. b) Equipo electromecánico Línea de conducción. Planta potabilizadora: Obra Civil Equipo electromecánico Estación de bombeo: a) Obra civil. b) Equipo electromecánico Tanque: Elevado. Superficial. Red de distribución primaria Red de distribución secundaria Red de atarjeas Colector y emisor Planta de tratamiento: a) Obra civil. b) Equipo electromecánico.

VIDA ÚTIL (años) De 10 a 30 De 8 a 20 De 20 a 40 40 De 15 a 20 40 De 8 a 20 20 40 De 20 a 40 De 15 a 30 De 15 a 30 De 20 a 40 40 De 15 a 20

Nota: La vida útil del equipo electromecánico, presenta variaciones muy considerables, principalmente en las partes mecánicas, como son cuerpos de tazones, impulsores, columnas, flechas, portachumaceras y estoperos; la cual se ve disminuida notablemente debido a la calidad del agua (contenido de fierro y manganeso) y a las condiciones de operación como son la velocidad de la

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” bomba, su distribución geométrica en las plantas de bombeo y paros y arranques frecuentes. POBLACIÓN ACTUAL La población actual se define por clases socioeconómicas, diferenciándolas en: popular, media y residencial. Esta información se presenta en un plano general de la localidad, junto con la delimitación de zonas industriales y comerciales. La población actual por clase socioeconómica, se refiere a tres datos censales como mínimo, que proporciona el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI). Esta información se valida con la que resulta del número de contratos de servicio doméstico y la cobertura de CFE, la densidad de población, y los datos reportados en la oficina de catastro municipal (número de viviendas registradas); para esta labor, es necesario auxiliarse de visitas de reconocimiento en la localidad. En los casos en que se tenga una población flotante considerablemente grande, como es el de los centros turísticos, deben obtenerse los datos de infraestructura turística construida, los cuales están disponibles en la Secretaría de Turismo. PREDICCIÓN DE LA POBLACIÓN En la planeación de un sistema de agua potable, es necesario determinar la población de la localidad en el futuro, sobre todo, al final del periodo económico de la obra. Para lograr esto debe conocerse la población presente y la forma como ha venido desarrollándose. Este procedimiento se realiza por medio de la revisión de los censos oficiales, levantados cada 10 años, con esta información se sabe cómo ha venido creciendo la población. La población presente se puede determinar apoyándose en el último censo, combinado con los registros de defunción y de natalidad, así como con el número de centros de trabajo establecidos desde el último censo hasta la fecha de estudio. Si la localidad es pequeña se puede hacer un rápido levantamiento censal y determinada mediante el plano predial. Conocida la población pasada y presente, se puede predecir la población futura considerando que los crecimientos futuros no siempre siguen las leyes del pasado pues influyen a veces factores que en ocasiones son impoderables y que llegan a provocar un crecimiento que se sale de toda previsión.

20

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” La población de proyecto es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del periodo de diseño del sistema de agua potable y alcantarillado. En años anteriores se utilizaban métodos de proyección de población por comparación o por ajuste de curvas por mínimos cuadrados. 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. 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 (CONAGUA), ha editado la Norma Técnica NT-011-CNA-2001 “Métodos de Proyección de la 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 la siguiente ecuación (César Valdez, 1994).: 𝑃𝑖+𝑛 = 𝑃𝑖 (1 + 𝑇𝑐)𝑛

(2.5)

Donde: Pi= Población conocida al inicio del periodo (año i) (hab) Pi+n= Población n años después (hab) Tc= Tasa de crecimiento (adimensional) La tasa de crecimiento por lo general es variable en el tiempo, ya que en cuestiones de población es altamente improbable que se mantenga constante esa tasa. La determinación de la tasa de crecimiento depende de los datos disponibles, para lo cual en la Norma Técnica NT-011-CNA-2001 se consideran 9 posibles casos. Si se tienen datos históricos del crecimiento de la población, la tasa Tc en porcentaje se determina de la siguiente ecuación:

21

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝑃𝑖+𝑛 1⁄𝑛 𝑇𝑐% = [( ) − 1] ∙ 100 𝑃𝑖

(2.6)

OBRAS DE CONDUCCIÓN: Estas obras se requieren para conducir o llevar el agua captada desde la fuente hasta el lugar de su almacenamiento, de su tratamiento o distribución. Esta conducción puede realizarse por gravedad o por bombeo. Si es por gravedad se emplean tuberías, canales o cubiertos, y si es por bombeo se emplean tuberías. A) CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD CANALES Lo que caracteriza a un canal abierto o cerrado es que el agua escurre a la presión atmosférica, es decir, que la línea piezometríca coincide con la superficie libre del agua. La elección de este tipo de obra depende de la disponibilidad suficiente de agua de la fuente, del clima, de la topografía, de la constitución geológica del terreno del terreno en que se va a alojar y del tipo de cooperación ofrecida por la localidad respecto a la mano de obra, pues como la conducción debe tener la capacidad suficiente para llevar el gasto máximo diario, el canal debe conducir un gasto mayor en prevención a las pérdidas por filtración y evaporación (disponibilidad de agua, geología, clima).La influencia topográfica se acusa en la inaccesibilidad a la línea para llevar materiales hasta el sitio de su instalación, influye así mismo el que en el convenio para la ejecución de la obra se estipule como cooperación la mano de obra de la localidad, esto posiblemente no reduzca el costo de excavación y relleno, pero si la dificultad para encontrar mano de obra segura. Desde luego que una obra de conducción en estas condiciones, frustrarían las medidas sanitarias tomadas al captar agua, por lo que para preservarla de contaminación de aguas de terrenos adyacentes y los taludes, de impurezas de la atmosfera y al mismo tiempo evitar la filtración y la evaporación debe revestirse el fondo y los taludes y cubrirla con losas percoladas, tabiques, lajas, etc. Estas proposiciones aunque no se debe, pueden evitarse si en la planeación del sistema se ha considerado el tratamiento del agua en alguna forma al final de conducción (César Valdez, 1994).. TUBERIAS

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Cuando en las líneas de conducción por gravedad se eligen tuberías, éstas pueden trabajar como canal o a tubo lleno, es decir a presión, dependiendo de las características topográficas de la línea. En el caso del diseño hidráulico se ajustará a las formulas empleadas en canales abiertos y se cuidará asimismo las velocidades mínimas, 0.5 m/s (asbestocemento, acero galvanizado, fierro fundido, acero sin revestir, polietileno) hasta 5.0 m/s. Los coeficientes de rugosidad que se recomiendan para la fórmula de Manning son los siguientes: asbesto-cemento n=0.010; concreto liso n= 0.012; acero galvanizado n=0.014; fierro fundido n=0.013; acero soldado sin revestimiento n=0.014; con revestimiento interior n=0.011; plástico PVC y polietileno de alta baja densidad n=0.009 (César Valdez, 1994).. B) CONDUCCIÓN POR BOMBEO Cuando la fuente de abastecimiento se encuentra a un nivel inferior del depósito o de la población, el agua captada se impulsará por bombeo. Cuando se llega a este caso, se elige el diámetro adecuado mediante un análisis que arroje el menor costo anual de operación. El espesor de las paredes de los tubos depende en este caso no solamente de la calidad del agua, de las características del terreno y de la presión, sino también de la sobrepresión producida por el “golpe de ariete”. Además de los accesorios mencionados anteriormente, para protección del equipo de bombeo y de la tubería de conducción contra los efectos del golpe ariete, se recurre a válvulas aliviadoras de presión, torres de oscilación, chimeneas de equilibrio, cámaras neumáticas, etc. En términos generales, puede decirse que la localización de una línea de conducción debe ajustarse a los siguientes lineamientos: -Evitar en lo posible las deflexiones tanto en planta como en perfil. -Seguir la línea que evite la necesidad de construir puentes, túneles, tajos, puentes-canales, etc. -Tratar de que la línea se pegue al máximo a la línea piezometrica para hacer que la tubería trabaje con las menores cargas posibles, sin que esto quiera

23

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” decir que se tenga que seguir una pendiente determinada que obligaría a desarrollar el trazo de la línea. Si existe una altura entre la fuente de abastecimiento y el tanque, o la población, si es bombeo directo, debe llevarse la línea a esta altura para bajar de allí por gravedad la tubería y tener el menor tramo posible por bombeo, o para trabajar a menor presión si continúa por bombeo (César Valdez, 1994).. C) PROBLEMA DE CONDUCCIÓN POR BOMBEO: Para determinar el diámetro de una tubería de conducción por bombeo existen dos procedimientos (López Alegria, 2006): 1. Procedimiento razonado 2. Procedimiento mecánico En los procedimientos señalados, ambos son procedimientos similares, es recomendable primero dominar el método razonado para poder utilizar el método mecánico. El método mecánico es apto para hojas de cálculo, con vínculos dinámicos, la sensibilidad de este último método radica en la bondad de manejo de datos de manera dinámica, no así el método razonado, que representa un sistema de diseño de un análisis por etapas del comportamiento de la línea de conducción. PROCEDIMIENTO RAZONADO: En este procedimiento se hace un análisis económico de varios diámetros que se suponga tienen la capacidad y eficiencia competitiva para llevar el gasto requerido. Son muchos los diámetros que pueden llevar ese gasto. Un gasto determinado, lo pueden conducir muchos diámetros. Para diámetros menores que el requerido las pérdidas de carga son mayores y por tanto el consumo de energía es mayor, pero el costo de instalación de la tubería es menor. Para diámetros mayores que el requerido el consumo de energía es menor por ser menores las pérdidas de carga; pero el costo de instalación es mayor, persistiendo siempre la incertidumbre del diámetro conveniente. No obstante, existe un diámetro en el que se logra que la combinación del costo del consumo de energía y el costo de instalación de la tubería haga mínimo el

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” costo de operación de la línea. Este diámetro se denomina técnicamente como “diámetro económico de bombeo” que da la solución óptima. Para elegir los diámetros por analizar se recurre a datos empíricos. Por la práctica se sabe que por lo general la velocidad del agua en un diámetro económico gira alrededor de 1.20 m/s; por los tanto, para fijar los diámetros por analizar basta recurrir a la fórmula de la continuidad, considerando para la velocidad 1.20 m/s. 𝑸=𝑽∙𝑨

El diámetro que resulte en este cálculo, que desde luego será teórico, se ajusta a un diámetro comercial y se escogen otros dos: uno comercial inmediatamente mayor y otro comercial inmediatamente menor. De esta manera se tiene un punto de partida para iniciar el análisis económico que nos permite estar cerca del diámetro buscando sin hacer más tanteos que los necesarios. PROCEDIMIENTO MECÁNICO Se le denomina así porque se da tan digerido, que se procede casi como autómata, ya que la misma plantilla de cálculo va guiando en el proceso, de manera tal que asentando los valores que se solicitan, y realizando las operaciones allí mismo indicadas, se llega a la solución del problema. La elección de los diámetros por analizar se hace de la misma manera que en el procedimiento razonado; es decirse parte de considerar como velocidad de circulación 1.20 m/s, para que mediante la fórmula de la continuidad se pueda determinar el diámetro comercial que servirá de base para elegir otros dos diámetros comerciales: uno inmediatamente mayor y otro inmediatamente menor.

25

14 10 10

25.4 30.5 35.5

1.974 1.369 1.01

(Et)* e

286.2 525018 934800 198.5 630435 820000 146.5 733785 1016800

(Ea)(d)

h. g. a.= 145 V/RAIZ

228.992 149.223 111.647

{1+(En (d))/(Et)}^1/ 2

1.2497 1.33 1.3121

45.8 29.84 22.33

90.43 65.29 56.68

Carga 20% g.a normal de sobrepresión op. abs tub (m)

Ea= Módulo de elasticidad del agua (20670 kg/cm^2) Et= Módulo de elasticidad de las paredes del tubo (para A.C. 328000 kg/cm^2) h.g.a.= Sobrepresión por golpe de ariete, en metros

2.85 2.5 3.1

e Presión de espesor de V trabajo en Diametro la pared velocidad 145 V nominal la del (m/s) (cm) tubería tubo (kg/cm^2) (cm)

Golpe de ariete

136.22 95.14 79

h. g. a. = 145 V/RAIZ

254 10 0.051 0.1 1.97 2500 0.01 0.01 1.54 38.5 1.925 40.43 57.8 98.23 9823 68.4 144 305 12 0.073 0.1 1.37 2500 0.01 0.01 0.5826 14.57 0.728 15.29 57.8 73.09 7309 68.4 107 355 14 0.099 0.1 1.01 2500 0.01 0.01 0.2543 6.36 0.318 6.68 57.8 64.48 6448 68.4 94.3 hf= pérdida por fricción, en metros h=desnivel entre Nivel Dinámico (N.D.) y la Superficie libre del agua (S.L.A.) en el tanque, en m H=Carga total de bombeo, en metros

%hf L n k h=Dt+N H=h+hf Q*H Diam. Nom. A área Q V pérd. hft=hf+% 76 n long. Q ^2 coef. cte. hf=KLQ^2 D t Q en H*P (m^2) (m^3/s) (m/s) Menor hf en (m) N=90% (m) fricción manning (m) (m) (l/s) mm plg en (m)

Cálculo del diametro económico en lineas de conducción por bombeo Potencia requerida en el equipo de bombeo

FNÓMENOS TRANSPORTE

“ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

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Costo total de conducción

Atraques concreto f'c=100 kg/cm^2 Suinistro de tuberia

Relleno a volteo

Excavación material A Excavación material B Excavación material C Plantilla apasionada Inst. junteo y pruba de tubería Relleno compactado

Concepto

36.72 $ 367.2 0.1

36.72

$

367.2

0.1

29.38

$

367.2

$ 3,817.56

3817.56

m

1

$11,142,289.73

Costo por m= $4,456.92

$

2.41

44.06

6015.53

$

m^3

91.8

0.0004

m^3

3837.31 m 1

$11,499,312.11

3.01

64.26

$ 3,837.31

$

$

Costo por m= $4,599.72

3.01

64.26

m^3

m^3

0.0005

0.7

$14,661,965.95

Costo por m= $5,864.79

$ 5,033.38 5033.38 m 1

3.61

64.26

$

$

6015.53

91.8

m^3

m^3

0.0006

0.7

181.72 $ 259.6 m^3 0.7 181.72 $

181.72

m^3

0.7

124.61

$

259.6

m^3

0.48 0.48

275.04 $ 275.04 m 1

232.04

$

232.04

m

1

217.32

$

217.32

m

1

0.08

$ m^3

-

$

-

$

m^3

184.13 $ 262.29

m^3

0.702

166.82

$

262.29

m^3

0.636

151.08

$

262.29

m^3

0.576 m^3

85.93 $

183.61

m^3

0.468

77.85

$

183.61

m^3

0.0424

70.51

$

183.61

Diam: 350 mm (14¨) Clase: A-10 Importe P.U U Cántidad

m^3

Diam: 300 mm (12¨) Clase: A-10 Importe P.U U Cántidad

0.384

Diam: 250 mm (10¨) Clase: A-14 Importe P.U U Cántidad

Costo de instalación de tubería (Mano de obra y adquisición)

FNÓMENOS TRANSPORTE

“ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

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(4)= (3)*8760

(3)= (2)*KW-h

(2) = (1)*0.7457

10 12 14

250 300 350 Cos to KW-h= $5.80

107.08 79.69 70.29

143.6 106.86 94.26

plg

mm

1 a ño=8760 hora s

$624.08 $462.18 $407.68

KW-h (2)

(6)=(5)* Coef. Anua l i da d

$1,813,353.41 $1,871,455.55 $2,386,161.65 (7)=(4)+(6)

$5,440,648.68 $11,142,298.73 $4,048,660.99 $11,499,312.11 $3,571,278.16 $14,661,965.95

Costo total de Cargo anual de conducción armotizacón de conducción por (10 años al 10%) m. de o. (6) (5)

Costo anual de bombeo (4)

Costo por hora de bombeo (3)

Resumen H.P (1)

(1) H.P=0.7457 KW-h

14 10 10

Presión de trabajo tubería (kg/cm^2)

Diam. Nom.

$7,254,002.08 $5,920,116.53 $5,957,439.81

Costo total anual de operación (7)

FNÓMENOS TRANSPORTE

“ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” D) VÁLVULAS DE PURGA DE AIRE Las válvulas de purga de aire, son importantes pues tienen por objeto eliminar el aire que se va almacenando en la parte alta de las curvas verticales de la línea de conducción de agua potable. Este aire en el interior de las tuberías es peligroso porque puede originar la rotura de las mismas o reducir parcialmente de un 5 a un 10% la capacidad y eficiencia de la línea y aun en forma total cerrar el paso del agua cuando estas bolsas de aire llegan a ser largas. El aire en el interior se origina bien porque las bombas lo inyectan o porque se va liberando el que va disuelto en el agua. Cuando este aire existe acumulado en la tubería a una presión considerable y se combina con un golpe de ariete y estos dos con la presión normal de trabajo, puede producirse una explosión o colapso de la tubería con proyección de fragmentos. E) REGULARIZACIÓN: El objeto de una obra o tanque de regularización es transformar un régimen de aportación constante en un régimen de demandas variables. En estas estas estructuras se almacena el agua que no se consume en las horas de demanda mínima (es decir, cuando el consumo es menor que el gasto que aporte la fuente) que aprovecharía después en las horas de máxima demanda (cuando el consumo es mayor que el gasto aportado por la fuente). El objeto del tanque de almacenamiento es disponer, además del volumen de regularización, de un volumen adicional como reserva en previsión de incendios o suspensión que pueda presentarse por contaminación de la fuente o por reparación de la línea de conducción o de la obra de captación. Un tanque puede ser superficial o elevado, circular o rectangular, etc. Con respecto a esta última forma la relación de ancho a largo en función del menor costo está dada por la expresión. 𝑛+1 2 En la que (n) es el número de divisiones o compartimentos. CLASIFICACIÓN

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Por el material con que se construye pueden ser metálicos, de concreto armado y de mampostería. Por su posición con respecto al nivel del suelo pueden ser los dos primeros, superficiales o elevados; el de mampostería siempre será superficial .Se llaman superficiales cuando la plantilla del depósito está en contacto directo con el suelo. Se llaman elevados cuando la plantilla del tanque está separada del suelo y su cuerpo esta soportado por una torre o cualquier otra estructura que la mantenga en esta posición. Por su forma el de mampostería puede ser rectangular o circular; el de concreto o metálico, pueden adoptar la forma que se les quiera dar, dependiendo esto de la armonía que se quiera guardar con respecto al medio; del aspecto publicitario de la construcción, etc. El tanque más socorrido es el superficial de forma rectangular. Se recurre a los tanques elevados cuando topográficamente no se dispone de elevación apropiada para emplazar un tanque superficial. Co relación a la ubicación del tanque respecto a la red de distribución puede ser de “alimentación” o de “excedencias”. El de alimentación recibe de la línea de conducción el gasto máximo diario y sale de él el gasto máximo horario hacia la red. El de excedencias se ubica dentro o después de la red y recibe de ella el agua que la población no consume en las horas de baja demanda, aportando este gasto almacenado en las horas de mayor consumo, auxiliando a la línea de conducción a satisfacer la demanda máxima. La capacidad del tanque depende del régimen de aportación y dela ley de demandas de la localidad. El régimen de aportaciones es constante ya sea las 24 horas del día o parte de él. El régimen o la ley de demandas es variable siempre. La capacidad del tanque para 24 horas es el valor absoluto de la máxima demanda positiva más el valor absoluto de la máxima demanda negativa, es decir, 325+80=405% del consumo medio horario, y por lo tanto la capacidad en 𝑚3 será: 14.58 𝑄max 𝑑 Cuando la conducción es por bombeo, puede ser durante 24 horas o menos. Si el bombeo es por 20, 16, 12 u 8horas, la capacidad del tanque se calcula en la misma forma anterior con la salvedad de que las aportaciones constantes son los gastos de bombeo indicados.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Calculo del coeficiente de regularización para 24 horas Diferencía Horas Demanda Aportación Diferencía acumulada . 1 45% 100% 55% 55% . 2 45% 100% 55% 110% . 3 45% 100% 55% 165% . 4 45% 100% 55% 220% . 5 45% 100% 55% 275% . 6 60% 100% 40% 315% . 7 90% 100% 10% 325% . 8 135% 100% -35% 290% . 9 150% 100% -50% 240% . 10 150% 100% -50% 190% . 11 150% 100% -50% 140% . 12 140% 100% -40% 100% . 13 120% 100% -20% 80% . 14 140% 100% -40% 40% . 15 140% 100% -40% 0% . 16 130% 100% -30% -30% . 17 130% 100% -30% -60% . 18 120% 100% -20% -80% . 19 100% 100% 0% -80% . 20 100% 100% 0% -80% . 21 90% 100% 10% -70% . 22 90% 100% 10% -60 . 23 80% 100% 20% -40 . 24 60% 100% 40% 0%

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE UN TANQUE POR MEDIO DEL MÉTODO GRÁFICO En un sistema de ejes coordenados se indica en el eje de las abscisas el tiempo en horas y en el de las ordenadas los volúmenes acumulados en 𝑚3 . Como la aportación es constante durante las 24 horas del día, la gráfica representativa de esta aportación será la línea recta inclinada 45° con respecto a los ejes, y las demandas tendrán la variación que se indica en la tabla. Con los valores de la primera y última columna se forma la gráfica de demandas. La capacidad se determina trazando dos líneas paralelas a la gráfica de las aportaciones tangentes respectivamente a los puntos de inflexión

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” máxima y mínima de la gráfica de demandas acumuladas. Midiendo la distancia existente la tangente a la inflexión mínima y la línea de 45° se obtiene. Demanda de consumo de agua para el cálculo gráfico de un tanque de regularización Demandas Demanda Demanda Horas Demanda acumulada (litros) (m^3) (m^3) 0 . 1 45% 31.95 115.02 115.02 1 . 2 45% 31.95 115.02 230.04 2 . 3 45% 31.95 115.02 345.06 3 . 4 45% 31.95 115.02 460.08 4 . 5 45% 31.95 115.02 575.10 5 . 6 60% 42.60 153.36 728.46 6 . 7 90% 63.90 230.04 958.50 7 . 8 135% 95.85 345.06 1,303.56 8 . 9 150% 106.50 383.40 1,686.96 9 . 10 150% 106.50 383.40 2,070.36 10 . 11 150% 106.50 383.40 2,453.76 11 . 12 140% 99.40 357.84 2,811.60 12 . 13 120% 85.20 306.72 3,118.32 13 . 14 140% 99.40 357.84 3,476.16 14 . 15 140% 99.40 357.84 3,834.00 15 . 16 130% 92.30 332.28 4,166.28 16 . 17 130% 92.30 332.28 4,498.56 17 . 18 120% 85.20 306.72 4,805.28 18 . 19 100% 71.00 255.60 5,060.88 19 . 20 100% 71.00 255.60 5,316.48 20 . 21 90% 63.90 230.04 5,546.52 21 . 22 90% 63.90 230.04 5,776.56 22 . 23 80% 56.80 204.48 5,981.04 23 . 24 60% 42.60 153.36 6,134.40

32

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

33

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

DESARROLLO DEL PROYECTO: 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. La dinámica de la población es 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 principalmente). En el presente Proyecto se emplean datos oficiales de CONAPO (Consejo Nacional de Población) y del INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía), con los cuales se pretende hacer una “aproximación” de una Proyección de Población de la Localidad de Morelia, Montaña Monarca (Punta Altozano). La forma más simplificada de realizar una Proyección de población es considerando que existe un incremento constante de la Población. Matemáticamente se puede escribir como: 𝒅𝑷 = 𝒌𝟎 ⇒ 𝑷 = 𝑷𝟎 ∙ 𝒆𝒌𝟎 ∙𝒕 𝒅𝒕 Donde: 𝑃: 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠; 𝑡: 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜; 𝑘0 : 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑛 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠/𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

La Ecuación anterior se puede reescribir de otro modo, la cual es conocida como Ecuación de Capitalización con Interés compuesto (López Alegria, 2006): 𝑷 = 𝑷𝟎 ∙ (𝟏 + 𝑻𝒄 )𝒏 𝑷 𝟏⁄𝒏 %𝑻𝒄 = [( ) − 𝟏] ∙ 𝟏𝟎𝟎% 𝑷𝟎 Donde: 𝑃0 : 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑎𝑙 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜; 𝑃: 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑛 𝑎ñ𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢é𝑠; 𝑇𝑐 : 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑟𝑒𝑐𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

Con la Ecuación anterior se pueden generar datos de Población en Función del tiempo, considerando que la tasa de Crecimiento no varía con el tiempo.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” PROYECCIÓN DE POBLACIÓN EN MORELIA AÑO

NÚMERO DE HABITANTES

1990 1995

492901 578061

2000 2005

620532 684145 729279

2010

Cuadro 5.25. Zona metropolitana de Morelia: Población, tasa de crecimiento y densidad media urbana, 1990-2010 Clave

Población

Municipio 1990

25. Zona metropolitana de Morelia 16022 16053 16088 1

Charo Morelia Tarímbaro

2000

2010

Tasa de crecimiento Superficie1 medio anual (%) 2 (km ) 1990-2000 2000-2010

2

DMU (hab/ha)

542 985

679 109

829 625

2.3

2.0

1 771.2

92.5

16 213 492 901 33 871

19 169 620 532 39 408

21 723 729 279 78 623

1.7 2.3 1.5

1.2 1.6 6.9

323.0 1 192.3 255.9

34.2 92.8 98.7

El dato de Superficie se obtuvo de las Áreas Geoestadísticas Municipales (AGEM), del Marco Geoestadístico Nacional 2010.

2

Densidad Media Urbana: El dato de superficie para el cálculo de la DMU se obtuvo a partir de las Áreas Geoestadísticas Básicas (AGEB) urbanas, de la Cartografía Geoestadística Urbana del Censo de Población y Vivienda 2010. Nota: Los límites estatales y municipales fueron compilados del marco geoestadístico del INEGI, el cual consiste en la delimitación del territorio nacional en unidades de áreas codificadas, denominadas Áreas Geoestadísticas Estatales (AGEE) y Áreas Geoestadísticas Municipales (AGEM), con el objeto de referenciar la información estadística de censos y encuestas. Los límites se apegan en la medida de lo posible a los límites político-administrativos. Fuente: Elaborado por el Grupo Interinstitucional con base en los Censos Generales de Población y Vivienda 1990 y 2000, y el Censo de Población y Vivienda 2010.

En las Tablas anteriores se aprecia que en Morelia existe un porcentaje de Tasa de Crecimiento medio Anual de 1.6, del 2000 al 2010. Pero no existe una Tasa de Crecimiento medio Anual para Montaña Monarca (Punta Altozano) y sólo existe una cantidad de Población Total generado por el INEGI en el Censo de Población y Vivienda 2010.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Datos del INEGI:        

Área Geoestadística Estatal: Michoacán de Ocampo Área Geoestadística Municipal: Morelia Clave Geoestadística: 160530495 Latitud: 19°39'38'' N Longitud: 101°09'56'' W Altitud: 2119 Carta Topográfica: E14A23 Tipo: Rural

En vista de que sólo se cuenta con un dato Total de Población igual a1128 personas para el año 2010 en la población a considerar; se realizará la suposición de que en la Localidad de Montaña Monarca (Punta Altozano) existe una Tasa de Crecimiento medio Anual de 1.6 del año 2010 al año 2020. Con lo cual: %𝑻𝒄 = 𝟏. 𝟔 𝑃0 = 1128 (𝑎ñ𝑜 2010) Para lo cual se genera 𝑷 = 𝒇(𝒏): 𝑷 = 𝟏𝟏𝟐𝟖 ∙ (𝟏. 𝟎𝟏𝟔)𝒏 Con el modelo anterior se generan datos de número de habitantes para ‘n’ años después del 2010. AÑO 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

NÚMERO DE HABITANTES 1128 1146 1164 1183 1202 1221 1241 1261 1281 1301 1322

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” El modelo 𝑷 = 𝒇(𝒏) resultado del ajuste de los datos por mínimos cuadrados es: 𝑷 = 𝟏𝟗. 𝟒𝟖𝟏 ∙ 𝒏 − 𝟑𝟕𝟗𝟎𝟓 En resumen, los modelos anteriores se basan en una Tasa de Crecimiento constante, y son formas fáciles de estimación basadas en datos de CONAPO e INEGI con el fin de dar una mayor aproximación a la solución de la problemática que plantea el Proyecto.

ESTUDIO DE DOTACIÓN Y CONSUMO: La Dotación es la cantidad de agua asignada a cada habitante, considerando todos los consumos de los servicios (Doméstico y no Doméstico) y las pérdidas físicas en el sistema, en un día medio anual; sus unidades están dadas en L/hab. al día. La Dotación de una localidad se obtiene a partir de los consumos registrados por el Organismo Operador (organismos encargados de la distribución de agua potable en una localidad) o de un estudio de demandas, dividiendo el consumo total, que incluye servicio doméstico, comercial, industrial y de servicios públicos, más las pérdidas físicas de agua, entre el número de habitantes de la localidad.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” De modo que no existe un estudio de Dotación para (consumo Doméstico) sobre la Localidad de estudio, la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) a través del Centro de Investigación y Docencia Económicas (CIDE), desarrolló un estudio de sobre consumos de agua potable en zonas urbanas denominado “Estimación de los factores y funciones de la demanda de agua potable en el sector doméstico en México”. CLIMA CÁLIDO HÚMEDO CÁLIDO SUBHÚMEDO SECO O MUY SECO TEMPLADO O FRÍO

CONSUMO (L/hab/d) BAJO MEDIO ALTO 198 206 243 175 203 217 184 191 202 140 142 142

La Localidad Montaña Monarca (Punta Altozano) predomina el clima Templado de humedad media, con una temperatura media anual es de 14° C a 18° C. Por lo tanto, en el presente Proyecto se tomará la consideración del Clima cálido y húmedo; por otro lado, se considerará que las residencias del lugar son Casas y Departamentos que cuentan con uno o dos Baños, Jardín de 15 a 35 m 2 y Tinaco, esto nos lleva a suponer un nivel de consumo medio de 206 L/hab/d (𝑫 = 𝟖𝟐𝟐𝟓 𝑳⁄𝒉𝒂𝒃⁄𝒅). Según el Modelo de Proyección de Población, en el año 2018 hay 1281 habitantes, por lo tanto el consumo Doméstico es: 𝑪𝑫 = 𝟏𝟐𝟖𝟏 𝒉𝒂𝒃 ∙ 𝑫 = 𝟏𝟐𝟖𝟏 𝒉𝒂𝒃 ∙ 𝟐𝟎𝟔 𝑳⁄𝒉𝒂𝒃⁄𝒅 = 𝟐𝟔𝟑𝟖𝟖𝟔 𝑳⁄𝒅 En 2018 en la Localidad Montaña Monarca el consumo no Doméstico se reduce al Comercial, destacando 3 Salones para eventos, 1 Comercio, 1 Colegio Privado y 4 Restaurantes. Los datos de Dotación para los Comercios son variables dependiendo del negocio y del nivel socioeconómico, más sin embrago existen valores recopilados por CONAGUA que se pueden tomar como estándar (los cuales fueron obtenidos de la facturación.), estos valores son: TOMA

CONSUMO m3/toma/mes

Domésticas Comerciales Industriales Gobierno

14.39 27.42 250.2 205.32

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Por lo tantos, sí se consideran 9 tomas de agua para los establecimientos comerciales citados anteriormente: 𝑫𝒄 = 𝟐𝟕. 𝟒𝟐 𝒎𝟑 ⁄𝒕𝒐𝒎𝒂⁄𝒎𝒆𝒔 ≈ 𝟗𝟏𝟒 𝑳⁄𝒕𝒐𝒎𝒂⁄𝒅 Para 9 tomas: 𝑪𝒄 = 𝟖𝟐𝟐𝟓 𝑳⁄𝒅 Por lo tanto el consumo Total es: 𝑪𝑻 = 𝑪𝑫 + 𝑪𝒄 = 𝟐𝟕𝟐𝟏𝟏𝟏 𝑳/𝒅 PROYECCIÓN DE DEMANDA Y DOTACIÓN: La Demanda en un año en específico es igual al Consumo Total más las Pérdidas Físicas de agua en el sistema. Para incluir todo lo referente a las pérdidas físicas ocasionadas por fugas, usuarios clandestinos y errores o falta de medición, principalmente, en México se considera el término "Agua no contabilizada". Los estudios de evaluación de pérdidas de agua elaborados en diversas ciudades del país, indican que en los sistemas de abastecimiento de agua potable, las pérdidas físicas son de aproximadamente del 40 por ciento; (CONAGUA, 2007). Con lo cual la Demanda Total se expresa como (López Alegria, 2006): 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 =

𝑪𝑻 %𝑷é𝒓𝒅𝒊𝒅𝒂𝒔 [𝟏 − 𝟏𝟎𝟎% ]

Considerando que las pérdidas son del 40%: 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 =

272111 𝐿/𝑑 0.6

𝑪𝑻 𝟎. 𝟔

= 453518 𝐿/𝑑 para el año 2018.

Para realizar una Proyección de la Demanda Doméstica se utiliza el dato de Dotación obtenido de CONAGUA como constante y se multiplica por el número de habitantes (P) en un determinado año, como se muestra a continuación: 𝑪𝑫 = 𝑷 ∙ 𝑫

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Considerando que las pérdidas físicas son de aproximadamente del 40 por ciento como un valor constante, se tiene que la Demanda en consumo Doméstico es: 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 =

𝑪𝑫 𝟎. 𝟔

Con estas ecuaciones se genera la siguiente Proyección: NÚMERO DE HABITANTES

CONSUMO DOMÉSTICO (C D)

2013

1128 1146 1164 1183

232368 236076 239784 243698

2014 2015

1202 1221

247612 251526

2016 2017 2018 2019

1241 1261 1281 1301 1322

255646 259766 263886 268006 272332

AÑO 2010 2011 2012

2020

DEMANDA

387280 393460 399640 406163 412687 419210 426077 432943 439810 446677 453887

Para realizar una Proyección de del Consumo Comercial, se parte de la suposición de que del 2010 al 2020 existe únicamente un incremento de 5%. En este sentido se parte del siguiente análisis considerando que sólo se tienen datos de comercios del año 2018 (es decir, 𝐶𝐶0 = 8225): 𝟏𝟎𝟎% + %𝑰𝒏𝒄𝒓𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒏 𝑪𝑪 = ( ) ∙ 𝑪𝑪𝟎 𝟏𝟎𝟎% Donde ‘n’ representa el número de años después o incluso años antes. Con lo cual el modelo de Consumo Comercial está dado por: 𝑪𝑪 = 𝑪𝑪𝟎 ∙ (𝟏. 𝟓)𝒏 = 𝟖𝟐𝟐𝟓 ∙ (𝟏. 𝟓)𝒏 Considerando que las pérdidas físicas son de aproximadamente del 40 por ciento como un valor constante, se tiene que la Demanda en Consumo Comercial es:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 =

𝑪𝑪 𝟎. 𝟔

Con las ecuaciones anteriores, se genera la siguiente Proyección: AÑO 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

NÚMERO DE HABITANTES

CONSUMO COMERCIAL (C C)

DEMANDA

1128 1146 1164 1183 1202 1221 1241 1261 1281 1301 1322

321 481 722 1083 1625 2437 3656 5483 8225 12338 18506

535 802 1203 1805 2708 4062 6093 9138 13708 20563 30843

La Proyección de la Demanda Total resulta de la suma de la Demanda de Consumo Doméstico y Comercial: AÑO

DEMANDA TOTAL

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

387815 394262 400843 407968 415395 423272 432170 442082 453518 467240 484730

2020

Para el Cálculo de un Flujo de Diseño es necesario contar con un estimado de la Dotación. Ésta se calcula dividiendo la Demanda Total entre el número de Habitantes en un determinado año:

41

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝑫=

AÑO

𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑷

NÚMERO DE HABITANTES

DEMANDA TOTAL

DOTACIÓN (L/hab/d)

1128 1146 1164 1183 1202 1221 1241 1261 1281 1301 1322

387815 394262 400843 407968 415395 423272 432170 442082 453518 467240 484730

344 344 344 345 346 347 348 351 354 359 367

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

GASTOS DE DISEÑO: Los Gastos de diseño para los componentes de Abastecimiento de agua Potable son: Gasto Medio Anual en L/s (𝑸𝒎 ), Gasto Máximo Diario (𝑸𝑴𝑫 ) y Gasto Máximo Horario (𝑸𝑴𝑯 ). En el siguiente esquema se muestra el uso de los Gastos de Diseño:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” COMPONENTE

GASTO DE DISEÑO

1 FUENTE Y OBRA DE CAPTACIÓN 2 CAPTACIÓN 2' CONDUCCIÓN (ALIMENTACIÓN A LA RED) 3 POTABILIZADORA 4 TANQUE DE REGULARIZACIÓN 5 RED DE DISTRIBUCIÓN

QMD QMD QMD Qm o QMD QMD QMH

El Gasto que en término medio se consume en un día cualquiera del año se obtiene de la siguiente Ecuación: 𝑸𝒎 =

𝑫∙𝑷 𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎

𝑄𝑚 : 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 [𝐿⁄𝑠 ] 𝑃: 𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 [ℎ𝑎𝑏] 𝐷: 𝐷𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 [𝐿⁄ℎ𝑎𝑏⁄𝑑í𝑎 ] Durante el año, el Gasto puede variar dependiendo del clima, actividades de la comunidad, entre otras; por este motivo se requiere el cálculo de un flujo que refleje este tipo variaciones, para ello el Gasto Medio se multiplica por un “Coeficiente de Variación Diaria” que es adimensional y genera un Gasto Máximo Horario. Según la Ley de Variación de Harmon que considera poblaciones entre los 1000 y 100000 habitantes, el Coeficiente de Variación Diaria se considera 1.3. 𝑸𝑴𝑫 = 𝑪𝑽𝒅 ∙ 𝑸𝒎 = 𝟏. 𝟑 ∙ 𝑸𝒎 Por otro lado, el Gasto Máximo Horario tiene variaciones en distintas horas del día y por tanto es necesario corregir en mayor medida estas variaciones. Lo anterior se logra multiplicando un “Coeficiente de Variación horario” (que es adimensional) con el Gasto Medio Diario, con esto se genera un Gasto Máximo Horario: 𝑸𝑴𝑯 = 𝑪𝑽𝑯 ∙ 𝑸𝑴𝑫 = 𝟏. 𝟓𝟓 ∙ 𝑸𝑴𝑫 = 𝟐. 𝟎𝟏𝟓 ∙ 𝑸𝒎 Según la Ley de Variación de Harmon, el Coeficiente de Variación Horaria se considera 1.55.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Con las fórmulas anteriores se genera una Proyección de los Gastos de Diseño con las Dotaciones estimadas anteriormente: AÑO

NÚMERO DE HABITANTES

DEMANDA TOTAL [L/d]

DOTACIÓN (L/hab/d)

Qm [L/s]

QMD [L/s]

QMH [L/s]

1128 1146 1164 1183 1202 1221 1241 1261 1281 1301 1322

387815 394262 400843 407968 415395 423272 432170 442082 453518 467240 484730

344 344 344 345 346 347 348 351 354 359 367

4.4886 4.5632 4.6394 4.7219 4.8078 4.8990 5.0020 5.1167 5.2491 5.4079 5.6103

5.8352 5.9322 6.0312 6.1384 6.2502 6.3687 6.5026 6.6517 6.8238 7.0302 7.2934

9.0445 9.1949 9.3484 9.5145 9.6877 9.8714 10.0790 10.3101 10.5768 10.8969 11.3048

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Los Flujos de Diseño en otras unidades de interés: 3

3

3

3

3

3

AÑO

Qm [m /h]

QMD [m /h]

QMH [m /h]

Qm [m /s]

QMD [m /s]

QMH [m /s]

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

16.1590 16.4276 16.7018 16.9987 17.3081 17.6363 18.0071 18.4201 18.8966 19.4683 20.1971

21.0066 21.3558 21.7123 22.0983 22.5006 22.9272 23.4092 23.9461 24.5656 25.3088 26.2562

32.5603 33.1016 33.6541 34.2523 34.8759 35.5372 36.2843 37.1164 38.0766 39.2287 40.6971

0.004489 0.004563 0.004639 0.004722 0.004808 0.004899 0.005002 0.005117 0.005249 0.005408 0.005610

0.005835 0.005932 0.006031 0.006138 0.006250 0.006369 0.006503 0.006652 0.006824 0.007030 0.007293

0.009045 0.009195 0.009348 0.009515 0.009688 0.009871 0.010079 0.010310 0.010577 0.010897 0.011305

2020

3

3

3

AÑO

Qm [m /d]

QMD [m /d]

QMH [m /d]

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

387.8150 394.2617 400.8433 407.9683 415.3950 423.2717 432.1700 442.0817 453.5183 467.2400 484.7300

504.1595 512.5402 521.0963 530.3588 540.0135 550.2532 561.8210 574.7062 589.5738 607.4120 630.1490

781.4472 794.4373 807.6993 822.0562 837.0209 852.8924 870.8226 890.7946 913.8394 941.4886 976.7310

2020

44

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” SELECCIÓN DEL SITIO DE COLOCACIÓN DE LAS PLANTAS TRATADORAS, ESTACIÓN DE BOMBEO, TUBERÍA Y TANQUE DE REGULARIZACIÓN:

La ubicación de las dos Plantas Potabilizadoras de Agua es a un costado de cada fuente de Abastecimiento (es decir, manantial de la Mintzita y presa de Coíntzio). La Planta de la presa Coíntzio aporta el 70% de caudal, y es enviado por Conducción por Gravedad hasta la Estación de Bombeo ubicada a la par de la Planta del manatial de la Mintzita, la cual suministra el 30 % del Caudal. La Línea en Rojo, representa la Tubería de Conducción por Bombeo que tiene una Longitud de 12776 m y una diferencia de alturas de 234 m, 27 Codos de 90°, 23 Codos de 45°, 2 Válvulas de Ariete, 10 Válvulas de Alivio, 36 Válvulas de Expulsión de Aire, 2 Válvulas de Compuerta, 4 Válvulas Check y 2 Válvula de Bola. La línea en Azul representa la Tubería de Conducción por Gravedad la cual tiene una Longitud de 1821 m y una diferencia de alturas de 181 m, 4 Codos de 45°, 2 Válvulas de Ariete, 2 Válvulas de Alivio y una Caja Rompedora de Presión, etc.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

La Planta Potabilizadora que se encuentra a un costado de la presa de Cointzio se le asignó esa ubicación (19°38’05.64’’ N-101°15’15.08’’ W) principalmente por la cercanía con el manantial de la Mintzita, aunado a la ventaja del desnivel topográfico que existe entre los dos sitios que permite la conducción por gravedad. La segunda Planta potabilizadora se ubicó (en 19°38’34.32’’ N101°16’09.90’’ W) lo más cerca posible del manantial tomando en cuenta no ocupar terrenos privados ni zonas naturales protegidas (que existen en las inmediaciones más próximas del manantial). Ambas plantas tienen 2.5 ha de área, al igual que están ubicadas en terrenos aproximadamente planos. El agua que sale de la Planta Potabilizadora de la presa de Cointzio es llevada por conducción por gravedad hasta el depósito de la Estación de Bombeo (19°38’30.66’’ N-101°16’08.30’’ W) que existe en la Planta del manantial de la Mintzita. El Tanque de Regularización está ubicado (19°39’22.09’’ N-101°10’24.30’’ W) a un costado de Altozano donde hay elevación considerable con la cual se puede beneficiar la Conducción por Gravedad del tanque de Regularización a la Línea de Distribución.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

CONDUCCIÓN POR GRAVEDAD: Para llevar el agua de la Planta de Cointzio a la Estación de Bombeo del Manantial de la Mintzita se aprovecha el desnivel topográfico que existe (que es de 181 m), para poder realizar la conducción del agua mediante Gravedad por una longitud de 1821 m.

Con los datos disponibles hasta el momento se puede realizar el cálculo hidráulico del Diámetro de Tubería que se basara en aprovechar íntegramente el desnivel topográfico entre la entrada y la salida del agua en la conducción. EI diámetro teórico es el que nos da la fórmula (López Alegria, 2006): 𝑺= 𝟑⁄𝟖

𝑸𝑴𝑫 ′ ∙ 𝒏 𝑫 = (𝟑. 𝟐𝟏 ∙ ) 𝑺𝟏⁄𝟐

𝑯 𝑳 𝟑⁄𝟖

𝑸𝑴𝑫 ′ ∙ 𝒏 = (𝟑. 𝟐𝟏 ∙ ) (𝑯⁄𝑳)𝟏⁄𝟐

Donde: 𝐷: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜[𝑚]; 𝑆: 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎; 𝑛: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑅𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ′ 𝐻: 𝐷𝑒𝑠𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑇𝑜𝑝𝑜𝑔𝑟á𝑔𝑖𝑐𝑜 [𝑚]; 𝐿: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 [𝑚]; 𝑄𝑀𝐷 : 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 [𝑚3 ⁄𝑠]

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” De modo que se requiere extraer el 70 % del Caudal de Diseño de la Estación de Bombeo, se tiene que: 𝑸′𝑴𝑫 = 𝟎. 𝟕 ∙ 𝑸𝑴𝑫 = 𝟒. 𝟕𝟕𝟔𝟖 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔 Donde la Pendiente Hidráulica está dada por: 𝑺=

𝑯 𝟏𝟖𝟏 𝒎 = = 𝟗. 𝟗𝟑𝟗𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟐 𝑳 𝟏𝟖𝟐𝟏 𝒎

Por lo tanto el Diámetro Teórico: 𝒏 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟗 Para PEAD para Agua Potable (Stradasa.com.ar, n.d.) 𝑸𝑴𝑫 ′ ∙ 𝒏 𝑫 = (𝟑. 𝟐𝟏 ∙ ) 𝑺𝟏⁄𝟐

𝟑⁄𝟖

(𝟒. 𝟕𝟕𝟔𝟖 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔) ∙ (𝟎. 𝟎𝟎𝟗 ) = (𝟑. 𝟐𝟏 ∙ ) (𝟗. 𝟗𝟑𝟗𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟐 )𝟏⁄𝟐

𝟑⁄𝟖

= 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟎 𝒎 = 𝟓𝟓 𝒎𝒎

Las pérdidas por Fricción (hf) están dadas por la siguiente aproximación (López Alegria, 2006):

𝒏𝟐 𝑲 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙ 𝟏𝟔⁄𝟑 𝑫

𝒉𝒇 = 𝑲 ∙ 𝑳 ∙

𝟐 𝑸′𝑴𝑫

𝒏𝟐 𝟐 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙ 𝟏𝟔⁄𝟑 ∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 𝑫

Siempre que resulte un Diámetro teórico que no sea un valor existente en el mercado, se tienen que calcular longitudes de Tubería de ambos diámetros con de la siguiente manera (López Alegria, 2006): 𝑳𝟏 =

𝑳𝟐 =

𝑯 − 𝑲𝟐 ∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 𝟐

𝑸′𝑴𝑫 ∙ (𝑲𝟏 − 𝑲𝟐 ) 𝑯 − 𝑲𝟏 ∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 𝟐

𝑸′𝑴𝑫 ∙ (𝑲𝟐 − 𝑲𝟏 )

=

=

𝟏 𝟐

𝑸′𝑴𝑫 ∙ (𝑲𝟏 − 𝑲𝟐 ) 𝟏 𝟐

𝑸′𝑴𝑫 ∙ (𝑲𝟐 − 𝑲𝟏 )

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐 𝑫𝟐 𝟏𝟔⁄𝟑 𝒏𝟐 𝑫𝟏 𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 )

∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 )

En vista de que 55 mm es el Diámetro Teórico que agota todo el desnivel Topográfico (181 m); pero en el mercado no existe este diámetro. Si tomamos un diámetro comercial inmediatamente superior (60 mm) desperdiciamos la

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” capacidad del tubo, puesto que puede conducir mayor Gasto y encarecemos la solución. Si tomamos un diámetro comercial inferior (50 mm) se disminuye el costo de la obra, pero el tubo no tiene capacidad para llevar el Gasto requerido, a menos que se cambie la posición del depósito para darle una pendiente hidráulica mayor; pero como está planteado el problema, el tubo de 50 mm tampoco lo resuelve. Para ello, hacemos una combinación de los diámetros comerciales inmediatamente superior e inferior. Tomaremos tuberías de PEAD de 60 mm de diámetro y 50 mm. 𝑲𝟏 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝑲𝟐 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝑳𝟏 = 𝑳𝟔𝟎 𝒎𝒎 =

𝑳𝟐 = 𝑳𝟓𝟎 𝒎𝒎 =

𝒏𝟐 𝑫𝟔𝟎 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑 𝒏𝟐 𝑫𝟓𝟎 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑

= 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

(𝟎. 𝟎𝟎𝟗)𝟐 = 𝟐𝟕𝟒𝟎. 𝟔𝟐𝟎𝟓 (𝟔𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑

= 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

(𝟎. 𝟎𝟎𝟗)𝟐 = 𝟕𝟐𝟒𝟔. 𝟖𝟒𝟑𝟔 (𝟓𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑

𝟏 𝟐 𝑸′𝑴𝑫

∙ (𝑲𝟏 − 𝑲𝟐 ) 𝟏

𝟐 𝑸′𝑴𝑫

∙ (𝑲𝟐 − 𝑲𝟏 )

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐

𝟐

𝑫𝟓𝟎 𝒎𝒎

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 ) = 𝟏𝟏𝟔𝟖. 𝟏𝟖𝟓𝟔 𝒎

𝒏𝟐 𝑫𝟔𝟎 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 ) = 𝟔𝟓𝟐. 𝟖𝟏𝟒𝟒 𝒎

Con lo cual se resuelve el Problema, usando 1168.2 m de Tubería de 60 mm seguido de 652.8 m de Tubería de 50 mm, para lo cual se cumple: 𝑳 = 𝑳𝟓𝟎 𝒎𝒎 + 𝑳𝟔𝟎 𝒎𝒎 = 𝟏𝟖𝟐𝟏 𝒎 Para las pérdidas por Fricción: 𝒉𝒇,𝟓𝟎𝒎𝒎 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒉𝒇,𝟔𝟎𝒎𝒎 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐 𝑫𝟓𝟎 𝒎𝒎

𝟐

𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 = 𝟑𝟎𝟏. 𝟏𝟏𝟓𝟑 𝒎

𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 = 𝟏𝟏𝟑. 𝟖𝟕𝟔𝟐 𝒎

𝒏𝟐 𝑫𝟔𝟎 𝒎𝒎

𝟐

𝒉𝒇 = 𝒉𝒇,𝟓𝟎𝒎𝒎 + 𝒉𝒇,𝟔𝟎𝒎𝒎 = 𝟒𝟏𝟒. 𝟗𝟗𝟏𝟔 𝒎

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Las pérdidas provocadas por accesorios se les consideran como pérdidas menores y por lo general representan 5 % de hf, por lo tanto: 𝒉𝒇,𝑻 = 𝒉𝒇 + 𝟎. 𝟎𝟓 ∙ 𝒉𝒇 = 𝟒𝟑𝟓. 𝟕𝟒𝟏𝟐 𝒎 Para una Tubería PEAD, se unen las dos Tuberías mediante Juntas de Compresión corresponden a uno de los tipos existentes de Juntas mecánicas, siendo por lo tanto, ejecutadas a partir de un montaje y no de una soldadura (Stradasa.com.ar, n.d.). Para la completa elección de la Tubería se debe realizar el Cálculo de la Sobrepresión en la Tubería con el fin de poder elegir el RD de la Tubería. El RD, es utilizado como referencia para establecer las diferentes clasificaciones de las tuberías de PEAD según su rango de presión de trabajo, es la abreviatura de Relación de Dimensiones. Ésta se refiere a la proporción que existe entre el diámetro exterior y el espesor mínimo de pared del tubo. Por otro lado, A menor número de RD corresponde una pared más gruesa en comparación con el diámetro exterior, inversamente, a mayor número de RD corresponde una pared más delgada en comparación con el diámetro exterior. Para el Cálculo de la Presión de Trabajo de la Tubería: 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝟎. 𝟐 ∙ 𝒉𝒈.𝒂. Para el Cálculo de Sobrepresión por Golpe de Ariete (López Alegria, 2006): 𝒉𝒈.𝒂. =

𝟏𝟒𝟓 ∙ 𝑽𝑴Á𝑿 √𝟏 + (

𝑬𝒂 ∙ 𝑫 𝑬𝒕 ∙ 𝒆 )

Donde: ℎ𝑔.𝑎. : 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑟𝑖𝑒𝑡𝑒 [𝑚] 𝐸𝑎 : 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 (20670 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 ) 𝐸𝑡 : 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (7729.45 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 ) (Extrumex, n.d.) 𝑉𝑀Á𝑋 : 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑃𝐸𝐴𝐷 (5 𝑚⁄𝑠)(Aneas.com.mx, 2016). 𝐷: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 [𝑐𝑚]

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝑒: 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 [𝑐𝑚] En vista de que la Altura es considerable, como una primera aproximación de la Tubería, se tomará una tubería RD 7 que es el que tiene la mayor Presión de Trabajo, para lo cual: 𝑹𝑫 = 𝟏𝟒𝟓 ∙ 𝑽𝑴Á𝑿

𝒉𝒈.𝒂. =

√𝟏 + (𝑬

𝑬𝒂 𝒕,𝑷𝑬𝑨𝑫

∙ 𝑹𝑫)

=

𝑫 =𝟕 𝒆 𝟏𝟒𝟓 ∙ 𝟓 𝒎⁄𝒔

√𝟏 + (𝟕 ∙ 𝟐𝟎𝟔𝟕𝟎 ) 𝟕𝟕𝟐𝟗. 𝟒𝟓

= 𝟏𝟔𝟑. 𝟐𝟔𝟒𝟔 𝒎

Con esto se tiene que: 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝟎. 𝟐 ∙ 𝒉𝒈.𝒂. = 𝟏𝟖𝟏 𝒎 + 𝟑𝟐. 𝟔𝟓𝟐𝟗 𝒎 + 𝟒𝟑𝟓. 𝟕𝟒𝟏𝟐 𝒎 = 𝟔𝟒𝟗. 𝟑𝟗𝟒𝟏 𝒎 Sí 10 m de columna de agua son igual a 1 kg/cm2, se tiene que la Tubería debe resistir 64.9394 kg/cm2, y según la Norma NOM-001-CONAGUA-2011, las Tuberías R7 (PE 100), sólo resisten 27.22642 kg/cm2 como presión de Máxima de Trabajo, lo cual ocasionaría que no se pueda utilizar Tubería PEAD. Existen métodos de cálculo sofisticados para resolver este inconveniente, pero en este Proyecto se resuelve de forma intuitiva de la siguiente forma: El problema se soluciona sí reacomoda la Línea Piezométrica a una altura menor de 1969 m, esto se consigue con una “Caja Rompedora de Presión” que se coloca en dicha altura, esto cambia el Desnivel Topográfico a 73 m (H = 73 m).

Con esta nueva consideración, se vuelven a realizar los cálculos: Diámetro Teórico:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝟑⁄𝟖

𝑸𝑴𝑫 ′ ∙ 𝒏 𝑫 = (𝟑. 𝟐𝟏 ∙ ) (𝑯⁄𝑳)𝟏⁄𝟐

= 𝟎. 𝟎𝟔𝟓𝟐𝟐 𝒎 = 𝟔𝟓. 𝟐𝟐 𝒎𝒎

Longitudes para Diámetros Comerciales 63 mm y 75 mm: 𝑲𝟏 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝑲𝟐 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝑳𝟏 = 𝑳𝟕𝟓 𝒎𝒎 =

𝑳𝟐 = 𝑳𝟔𝟑 𝒎𝒎 =

𝒏𝟐 𝑫𝟕𝟓 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑 𝒏𝟐

𝑫𝟔𝟑 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑

= 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

= 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝟏 𝟐 𝑸′𝑴𝑫

∙ (𝑲𝟏 − 𝑲𝟐 ) 𝟏

𝟐 𝑸′𝑴𝑫

∙ (𝑲𝟐 − 𝑲𝟏 )

(𝟎. 𝟎𝟎𝟗)𝟐 = 𝟖𝟖𝟑. 𝟔𝟕𝟐𝟔 (𝟕𝟓 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑 (𝟎. 𝟎𝟎𝟗)𝟐

(𝟔𝟑 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

∙ (𝑯 − 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐

= 𝟐𝟏𝟏𝟐. 𝟕𝟎𝟕𝟐

𝟐

𝑫𝟔𝟑 𝒎𝒎

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 ) = 𝟓𝟎𝟔. 𝟔𝟐𝟎𝟖 𝒎

𝒏𝟐 𝑫𝟕𝟎 𝒎𝒎 𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝟐 ) = 𝟏𝟑𝟏𝟒. 𝟑𝟕𝟗𝟏 𝒎

𝑳 = 𝑳𝟔𝟑 𝒎𝒎 + 𝑳𝟕𝟓 𝒎𝒎 = 𝟏𝟖𝟐𝟏 𝒎 Para las pérdidas por Fricción: 𝒉𝒇,𝟕𝟓𝒎𝒎 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒉𝒇,𝟔𝟑𝒎𝒎 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐

𝟐

𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 = 𝟑𝟒. 𝟔𝟒𝟎𝟏 𝒎

𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸′𝑴𝑫 = 𝟖𝟕. 𝟕𝟖𝟓𝟔 𝒎

𝑫𝟕𝟎𝟓𝒎𝒎 𝒏𝟐 𝑫𝟔𝟑 𝒎𝒎

𝟐

𝒉𝒇 = 𝒉𝒇,𝟓𝟎𝒎𝒎 + 𝒉𝒇,𝟔𝟎𝒎𝒎 = 𝟏𝟐𝟐. 𝟒𝟐𝟓𝟖 𝒎 Las pérdidas provocadas por accesorios se les consideran como pérdidas menores y para este caso se tomarán de 5 % de hf, por lo tanto: 𝒉𝒇,𝑻 = 𝒉𝒇 + 𝟎. 𝟎𝟓 ∙ 𝒉𝒇 = 𝟏𝟐𝟖. 𝟓𝟒𝟕𝟎 𝒎 Con esto se tiene que:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝟎. 𝟐 ∙ 𝒉𝒈.𝒂. = 𝟕𝟑 𝒎 + 𝟑𝟐. 𝟔𝟓𝟐𝟗 𝒎 + 𝟏𝟐𝟖. 𝟓𝟒𝟕𝟎 𝒎 = 𝟐𝟑𝟒. 𝟏𝟗𝟗𝟗 𝒎 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟐𝟑. 𝟒𝟏𝟗𝟗 𝒌𝒈⁄𝒄𝒎𝟐 Con esta Carga Total se puede decir que se necesitan 506.6208 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm y 1314.3791 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm. Esto sólo se puede hacer haciendo uso de la Caja Rompedora de Presión. El metro de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm tiene un valor aproximado por metro de $ 207.61 y el metro de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm tiene un valor aproximado por metro de $ 149.35 (Generador de Precios. Espacios urbanos. México, n.d.). Por lo tanto, para los 1821 m de Tubería se estima un total de $ 301482.06. CONDUCCIÓN POR BOMBEO: Perfil de Elevaciones realizado con Google Earth:

Para el cálculo del Diámetro Teórico:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝟒 𝑸𝑴𝑫 𝑫=√ ∙ 𝝅 𝑽𝑴Á𝑿. Donde: 𝑄𝑀𝐷 : 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 (6.824 ∙ 10−3 𝑚3 ⁄𝑠) 𝑉𝑀Á𝑋. : 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 (5 𝑚⁄𝑠) (Aneas.com.mx, 2016). 𝟒 𝑸𝑴𝑫 𝟒 𝟔. 𝟖𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔 √ 𝑫=√ ∙ = ∙ = 𝟎. 𝟎𝟕𝟔𝟏𝟏 𝒎 = 𝟕𝟔. 𝟏𝟎𝟕𝟖 𝒎𝒎 𝝅 𝑽𝑴Á𝑿. 𝝅 𝟏. 𝟓 𝒎⁄𝒔 El Diámetro Teórico se puede ajustar a un Diámetro Nominal de 80 mm. Por inspección simple se observa que las Presiones serán considerables por lo tanto se Trabajará con Tubería de Acero al Carbón, y conforme al Análisis de la Carga Total en la Tubería se determinará la Cédula y si se toma de grado A o B. Para las Pérdidas por fricción: 𝒉𝒇 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

𝒏𝟐 𝑫𝟒𝟎 𝒎𝒎

𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝑳 ∙ 𝑸𝑴𝑫 𝟐

Donde: 𝐿: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (6000 𝑚) 𝒏 = 𝟎. 𝟎𝟏𝟒 Para Acero para Agua Potable (César Valdez, 1994). 𝒉𝒇 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

(𝟎. 𝟎𝟏𝟒)𝟐 (𝟖𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑

∙ 𝟔𝟎𝟎𝟎 𝒎 ∙ (𝟔. 𝟖𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔)𝟐 = 𝟑𝟗𝟗. 𝟒𝟗𝟑𝟏 𝒎

Las pérdidas provocadas por accesorios se les consideran como pérdidas menores y para este caso se tomarán de 5 % de hf, por lo tanto: 𝒉𝒇,𝑻 = 𝒉𝒇 + 𝟎. 𝟎𝟓 ∙ 𝒉𝒇 = 𝟒𝟏𝟗. 𝟒𝟔𝟕𝟖 𝒎 Para la Carga Total de Bombeo:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” 𝑯𝑩𝑶𝑴𝑩𝑨 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 = 𝟏𝟑𝟐 𝒎 + 𝟒𝟏𝟗. 𝟒𝟔𝟕𝟖 𝒎 = 𝟓𝟓𝟏. 𝟒𝟔𝟕𝟖 𝒎 Potencia Requerida de Bombeo: 𝑷=

𝜸 ∙ 𝑸𝑴𝑫 ∙ 𝑯𝑩𝑶𝑴𝑩𝑨 𝟕𝟔 ∙ 𝜼

Donde: 𝑃: 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝐻. 𝑃. ] 𝛾: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 [𝑘𝑔⁄𝑚3 ] 𝐻𝐵𝑂𝑀𝐵𝐴 : 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎 [𝑚] 𝜂: 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐵𝑜𝑚𝑎𝑏𝑎 Suponiendo una Eficiencia de 90%: (𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑘𝑔⁄𝑚3 ) ∙ (𝟔. 𝟖𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔) ∙ (𝟓𝟓𝟏. 𝟒𝟔𝟕𝟖 𝒎) 𝑷= = 𝟓𝟓. 𝟎𝟏𝟕𝟖 𝑯. 𝑷. 𝟕𝟔 ∙ (𝟎. 𝟗) En vista de que no existe en el mercado Bombas para 551 m de Carga Total y Caudal de 6.824x10-3 m3/s, se tiene que diseñar un Circuito en la estación de Bombeo que mantenga Constante un Flujo de 6.824x10-3 m3/s y eleve la Carga. En el mercado se puede encontrar Bombas verticales multicelulares en línea, ideales para suministro de agua en aplicaciones Industriales, Civiles, sistemas de Riego, Abastecimientos a Urbanizaciones de Agua Potable, grupos de Presión, Instalaciones de Osmosis y Sistemas de Climatización. En esta estación de Bombeo se pondrán 4 Bombas (VS 42-6) en paralelo, para Diámetros de 80 mm, Carga de 140 m para caudales menores de 28000 l/h. Las 4 Bombas pueden cubrir una Carga de 560 m, así como mantener constante el Caudal de 24565.68 L/h y por lo tanto, cubre la Carga Total de Bombeo (551 m) requerida (Bombashasa.com, 2015).

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Para la Elección de la Tubería: Para el Cálculo de Sobrepresión por Golpe de Ariete: 𝒉𝒈.𝒂. =

𝟏𝟒𝟓 ∙ 𝑽𝑴Á𝑿 √𝟏 + (

𝑬𝒂 ∙ 𝑫 𝑬𝒕 ∙ 𝒆 )

Donde: ℎ𝑔.𝑎. : 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑟𝑖𝑒𝑡𝑒 [𝑚] 𝐸𝑎 : 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 (20670 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 ) 𝐸𝑡 : 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (2100000 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 ) (Extrumex, n.d.) 𝑉𝑀Á𝑋 : 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑃𝐸𝐴𝐷 (1.5 𝑚⁄𝑠)(Aneas.com.mx, 2016). 𝐷: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 [𝑐𝑚] 𝑒: 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑇𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 [𝑐𝑚] Se usará el espesor de 7.62 mm de una Tubería (de Cédula 80) de Diámetro Nominal de 80 mm. Esto como una primera aproximación. 𝟏𝟒𝟓 ∙ (𝟏. 𝟓 𝒎⁄𝒔)

𝒉𝒈.𝒂. = √𝟏 + (

= 𝟐𝟎𝟕. 𝟎𝟔𝟒𝟑 𝒎

𝒌𝒈⁄𝒄𝒎𝟐

𝟐𝟎𝟔𝟕𝟎 ∙ 𝟖 𝒄𝒎 ) 𝟐𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒈⁄𝒄𝒎𝟐 ∙ 𝟎. 𝟕𝟔𝟐 𝒄𝒎

Para el Cálculo de la Presión de Trabajo de la Tubería: 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝟎. 𝟐 ∙ 𝒉𝒈.𝒂. = 𝟏𝟑𝟐 𝒎 + 𝟒𝟏𝟗. 𝟒𝟔𝟕𝟖 𝒎 + 𝟒𝟏. 𝟒𝟏𝟐𝟖 𝒎 = 𝟓𝟗𝟐. 𝟖𝟖𝟎𝟕 𝒎 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟓𝟗. 𝟐𝟖𝟖𝟏 𝒌𝒈⁄𝒄𝒎𝟐 El Tubo con Diámetro Nominal de 80 mm de Cédula 40 aguanta Presiones de hasta 91 kg/cm2, esto nos conduce a la elección de una Tubería de la Cédula ya mencionada con 3.18 mm de Espesor. El Golpe de Ariete para este espesor es 38.9446 m, y la Carga Total permanece en 59 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 (𝑽𝒆𝒎𝒂𝒄𝒆𝒓𝒐. 𝒄𝒐𝒎, 𝒏. 𝒅. ).

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

El Fluido llega a un Tanque enterrado de Regularización, el cual tiene una Capacidad de almacenamiento, dada por la siguiente expresión: 𝑽 = 𝑹 ∙ 𝑸𝑴𝑫 Donde: 𝑅: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉: 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 [𝑚3 ] 𝑄𝑀𝐷 : 𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝐷𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜 [𝐿⁄𝑠] Existen métodos sofisticados de Cálculo de la Capacidad del Tanque basados en el análisis de la demanda horaria, pero en este proyecto se utilizará la Ecuación antes mencionada con una aproximación estándar de los valores del coeficiente de Regulación:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” TIEMPO DE SUMINISTRO AL TANQUE (h)

COEFICIENTE DE REGULACIÓN

24 20 16

11 9 19

Considerando un tiempo de suministro de 16 h: 𝑽 = 𝑹 ∙ 𝑸𝑴𝑫 = 𝟏𝟗 ∙ 𝟔. 𝟖𝟐𝟑𝟖 𝑳⁄𝒔 = 𝟏𝟐𝟗. 𝟔𝟓𝟐𝟐 𝒎𝟑 La geometría más simple de los Tanque enterrados es aproximada a un Paralelepípedo, lo más común es que posean 10 m de Ancho y 3 de Altura, partiendo de esta suposición, se tiene que: 𝑳𝒂𝒓𝒈𝒐 =

𝑽 𝟏𝟐𝟗. 𝟔𝟓𝟐𝟐 𝒎𝟑 = = 𝟒. 𝟑𝟐𝟏𝟕 𝒎 𝑨𝒏𝒄𝒉𝒐 ∙ 𝑨𝒍𝒕𝒖𝒓𝒂 𝟏𝟎 𝒎 ∙ 𝟑 𝒎

Con esto se tiene que el Tanque enterrado mide 4.3 m de Largo, 10 m de Ancho y 3 m de Altura. Por lo general a la altura se le suma 0.8 m, con lo cual tendría 3.8 m de Altura.

Para la segunda estación de Bombeo: Para las Pérdidas por fricción: 𝒉𝒇 = 𝟏𝟎. 𝟑 ∙

(𝟎. 𝟎𝟏𝟒)𝟐 ∙ 𝟔𝟕𝟕𝟔 𝒎 ∙ (𝟔. 𝟖𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔)𝟐 = 𝟒𝟓𝟏. 𝟏𝟔𝟎𝟗 𝒎 (𝟖𝟎 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎)𝟏𝟔⁄𝟑

Las pérdidas provocadas por accesorios se les consideran como pérdidas menores y para este caso se tomarán de 5 % de hf, por lo tanto: 𝒉𝒇,𝑻 = 𝒉𝒇 + 𝟎. 𝟎𝟓 ∙ 𝒉𝒇 = 𝟒𝟕𝟑. 𝟕𝟏𝟖𝟗 𝒎 Para la carga total de Bombeo: 𝑯𝑩𝑶𝑴𝑩𝑨 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝒉𝑻𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 = 𝟏𝟎𝟐 𝒎 + 𝟒𝟕𝟑. 𝟕𝟏𝟖𝟗 𝒎 + 𝟐𝟎 𝒎 = 𝟓𝟗𝟓. 𝟕𝟏𝟖𝟗 𝒎 Potencia Requerida de Bombeo:

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Suponiendo una Eficiencia de 90%: (𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑘𝑔⁄𝑚3 ) ∙ (𝟔. 𝟖𝟐𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑 ⁄𝒔) ∙ (𝟓𝟗𝟓. 𝟕𝟏𝟖𝟗 𝒎) 𝑷= = 𝟓𝟗. 𝟒𝟑𝟐𝟓 𝑯. 𝑷. 𝟕𝟔 ∙ (𝟎. 𝟗) En la segunda Estación de Bombeo se pondrán 5 Bombas (VS 42-6) en Paralelo, para Diámetros de 80 mm, Carga de 140 m para caudales menores de 28000 l/h. Las 4 Bombas pueden cubrir una Carga de 700 m, así como mantener constante el Caudal de 24565.68 L/h y por lo tanto, cubre la Carga Total de Bombeo (596 m) requerida. El Reacomodo de las Bombas es de la Siguiente Forma:

Para el Cálculo de la Presión de Trabajo de la Tubería: 𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑯 + 𝒉𝒇,𝑻 + 𝒉𝑻𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 + 𝟎. 𝟐 ∙ 𝒉𝒈.𝒂. = 𝟏𝟎𝟐 𝒎 + 𝟒𝟕𝟑. 𝟕𝟏𝟖𝟗 𝒎 + 𝟐𝟎 𝒎 + 𝟒𝟏. 𝟒𝟏𝟐𝟖 𝒎 = 𝟔𝟑𝟕. 𝟏𝟑𝟏𝟕 𝒎

𝒉𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟔𝟑. 𝟕𝟏𝟑𝟐 𝒌𝒈⁄𝒄𝒎𝟐 El Tubo con Diámetro Nominal de 80 mm de Cédula 40 aguanta Presiones de hasta 91 kg/cm2, esto nos conduce a la elección de una Tubería de la Cédula ya mencionada con 3.18 mm de Espesor. El Golpe de Ariete para este espesor es 38.9446 m, y la Carga Total permanece en 63 𝑘𝑔⁄𝑐𝑚2 .

60

FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” La segunda Línea de Bombeo, parte de un tanque enterrado hasta un Tanque Elevado a 20 m, de Geometría Cilíndrica con Semiesferas en los extremos. De modo que se opera bajo el mismo Caudal medio Horario y bajo las mismas horas de Suministro, el Volumen del Tanque de Regulación es el mismo que el del Tanque enterrado (129.6522 m3). 𝑽=

𝝅 𝑳 𝟐 𝟏 𝟑 ∙( ∙𝑫 + ∙𝑫 ) 𝟐 𝟐 𝟑

Por lo general se construyen los tanques con 6 m de Alto (L = 6 m). Por lo tanto: 𝟏𝟐𝟗. 𝟔𝟓𝟐𝟐 𝒎 =

𝝅 𝟔𝒎 𝟐 𝟏 𝟑 ∙( ∙ 𝑫 + ∙ 𝑫 ) ⇒ 𝑫 = 𝟒. 𝟒𝟏𝟐𝟖 𝒎 𝟐 𝟐 𝟑

Esto quiere decir que la Altura del tanque (altura de la parte Cilíndrica) es de 6 m y posee un Diámetro de 4.4 m. Esto es una mera aproximación, debido a que las geometrías de los tanques en el mercado, no son cuerpos geométricos ideales y las alturas suelen variar dependiendo de la demanda y fabricantes. Por otro lado, los Tanques pueden estar construidos de Acero, Concreto Armado y Mampostería.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Como una forma de confirmar que las pérdidas por fricción en instrumentos no supera del 5 al 10 % de las pérdidas totales, se rralizan los siguientes cálculos: Calculando las pérdidas por fricción por los accesorios, tanto en la primera, como en la segunda estación de bombeo, así como la línea de conducción por gravedad, para demostrar que es similar el valor (es decir, mínimo) como se expresó en la ecuación mostrada en la parte superior, tenemos: 𝑢2 ℎ𝑓 = 𝑘𝑓 2𝑔𝑐 Donde sabemos que 𝑔𝑐 tiene un valor numérico de 1 para el Sistema Internacional. También sabemos que u=1.5 m/s, dado que el valor de este cociente permanecerá constante en todos los cálculos, observamos entonces que: 1.5𝑚 ( 𝑠 )2 𝑚2 = 1.125 2 2 𝑠 Calculando ℎ𝑓 para todos los accesorios: Codos de 90°: ℎ𝑓 = 0.75 ∗ 1.125 = 0.84375

𝑚2 𝑠2

∗ 27 = 22.78125

Válvula de Compuerta: ℎ𝑓 = 0.17 ∗ 1.125 = 0.19125 Válvula de bola: ℎ𝑓 = 6.0 ∗ 1.125 = 6.75 Válvula Check: ℎ𝑓 = 2.0 ∗ 1.125 = 2.25

𝑚2 𝑠2

𝑚2 𝑠2

𝑚2 𝑠2

∗ 4 = 0.765

∗ 2 = 13.5

∗4=9

Codos de 45°: ℎ𝑓 = 0.35 ∗ 1.125 = 0.39375

𝑚2 𝑠2

∗ 27 = 10.63125

Multiplicando estos valores obtenidos por el inverso de la densidad del agua (1x10^-3), para tener unidades consistentes, tenemos: Codos de 90°: 22.78125*(1x10^-3)=0.02275m Válvula de Compuerta: 0.765*(1x10^-3)=7.65x10^-4m Válvula de bola: 13.5*(1x10^-3)=0.0135m

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Válvula Check: 9*(1x10^-3)=9x10^-3m Codos de 45°: 10.63125*(1x10^-3)=0.012631m Sacando la suma total de todos estos valores tenemos: ℎ𝑓, = (0.02275 + 7.65𝑥10−4 + 0.0135 + 9𝑥10−3 + 0.012631)𝑚 = 0.058646𝑚 Costos de materiales y accesorios: Codo 90°: $2500.00 aprox. Codo 45°: $2300.00 aprox. Válvula de bola: $1350.00 aprox. Válvula Check: $3500.00 aprox Válvula de Compuerta: $4400.00 Válvula de Admisión y Expulsión de aire: $3200.00 Válvula de Alivio o desagüe: $1500.00 aprox. Válvula de Ariete: $15000.00 aprox. Tubería de 4” cédula 40: $15.50 cada kg, y pesa 16.07 kg/m, es decir: $249.00 por metro Estos son precios por unidad y son de 4” (las necesarias para la tubería).

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” ESTIMACIÓN DE COSTOS: Conducción por Bombeo 12776 m (línea roja) Acero al Carbón

Conducción por Gravedad 1821 m (línea azul) Polietileno de alta densidad

Diámetro de 80 mm, Cédula 40, grado A

Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm y 1314.3791 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm.

12776 m de Tubería

506.6208 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm y 1314.3791 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm.

$ 3,181,224. 00

El metro de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm tiene un valor aproximado por metro de $ 207.61 y el metro de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm tiene un valor aproximado por metro de $ 149.35 (Generador de Precios. Espacios urbanos. México, n.d.).

91 kg/cm2

27.22642 kg/cm2

Codo 90°: $2500.00 aprox. Codo 45°: $2300.00 aprox. Válvula de bola: $1350.00 aprox. Válvula Check: $3500.00 aprox Válvula de Compuerta: $4400.00 Válvula de Admisión y Expulsión de aire: $3200.00 Válvula de Alivio o desagüe: $1500.00 aprox. Válvula de Ariete: $15000.00 aprox.

$

$301,482.06

447,400.00

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Segunda estación de bombeo 5 (VS 42-6) Paralelo

Primera estación de bombeo 4

(VS 42-6) Paralelo De la presa de Cointzio al Manantial de la Mintzita

De un tanque enterrado hasta un Tanque Elevado a 20 m, de Geometría Cilíndrica con Semiesferas en los extremos.

80 mm

80 mm

560 m

700 m

24565.68 L/h 551 m

24565.68 L/h 596 m

$ $

302,322.96 1,209,291.84 TOTAL

$ $

302,322.96 1,511,614.80 $6,651,012.70

(Global, Nuevo and 48hrs, n.d.)

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE”

CONCLUSIONES: CONCLUSIÓN DE ALFONSO LEMUS SOLORIO: Para resolver el problema de Abastecimiento de Agua Potable de cualquier lugar primero se den hacer diversos estudios que sean de utilidad para estimar el Flujo temporal que se requiere para el Abastecimiento. Cuando se establece el Flujo temporal se tiene que seleccionar las posibles ubicaciones del lugar donde se capta el agua, posteriormente hacer estudios de la superficie donde se van a ubicar las instalaciones de Captación y de Distribución. El estudio del terreno indicará sí la forma de transportar el agua se realiza mediante Gravedad, o mediante Impulsión. Una parte fundamental es determinar el material, el Diámetro de Tubería, la resistencia a la Presión de las Tuberías en base al Balance de Energía Mecánica o a Ecuaciones Empíricas establecidas para el estudio específico de Proyectos de Abastecimiento. Sí el transporte del agua se realiza por Bombeo, se debe partir del Balance de Energía Mecánica o de cualquier otro mecanismo similar que determine la Energía Potencial y la Energía debida a las pérdidas por Fricción debidas a los materiales. El cálculo del Diámetro de la Bomba, está relacionado directamente con el Balance de Energía Mecánica del sistema, el cual arroja la carga Total que se demanda. La Elección de la Bomba parte del establecimiento de la carga a cubrir, el gasto, y la Potencia; estos datos siempre son proporcionados por fabricante de las Bombas y por lo general son de libre acceso en Internet. Para poder cumplir el objetivo del Diseño de un Proyecto de Abastecimiento a Altozano, partiendo de dos fuentes de captación; lo primero fue realizar investigaciones del Terreno a estudiar y de la Población. El estudio de la superficie se realizó con Google Erath que ofrece datos satelitales de distancias y desniveles, lo cual dio pauta a establecer dos tipos de sistemas de Conducción: Uno mediante Gravedad de la Presa de Cointzio al manantial de la Mintzita y una por Bombeo del Manantial a Altozano. Es importante resaltar que, la captación del agua se da en depósitos que por Norma toda Planta Potabilizadora contiene y de desplaza hacia tanques de Distribución. El estudio de la Población permitió estimar la Población de estudio así como su consumo diario de Agua Potable en base a Normas de CONAGUA.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Con el establecimiento del sistema por Gravedad y Bombeo se procedió al análisis de costos de la tubería y de los accesorios, los cuales únicamente se estimaron y no representan exactamente los precios en el mercado, puesto que estos son muy variados y cambiantes.

CONCLUSIÓN DE FRANCISCO JAVIER VELÁZQUEZ JIMÉNEZ: Para la elaboración de este Proyecto de Abastecimiento de Agua Potable se partió de un método sistemático empleado en Ingeniería Civil desde inicios de las grandes Urbanizaciones y Metrópolis. Así pues, el primer paso consiste en una serie de estudios preliminares. El primero es de Demografía, el cual mediante el CENSO de Población del organismo INEGI 2010 (1228 habitantes, Montaña Monartca ‘Punta de Altozano’) se realizó una Proyección de Población Lineal con Tasas de Crecimiento constantes (información de CONAPO) idénticas a las presentadas en Morelia. El segundo estudio fue de Dotación (cuántos L/hab/d se consumen en un determinado lugar y cuánto se pierde por fugas) que se derivó de datos Estándar proporcionados por CONAGUA en su libro de MAPAS número 4. El tercer estudio fue encaminado al cálculo de los Caudales de Diseño (0.006824 m3/s), es decir, los caudales que se utilizaron las obras de Conducción, Bombeo y Regularización, estos caudales se estiman mediante coeficientes, resultado de estudios de la Población de Diseño, pero se pueden aproximar a valores constantes reportados como Estándar por CONAGUA. El último estudio preliminar es el Topográfico, el cual se llevó a cabo mediante Google Earth, programa que permite determinar distancias y alturas con datos satelitales. En este estudio se determinó mover el agua de la Planta de cointzio al depósito de la Planta de la Mintzita, que posteriormente pasaría a una Estación de Bombeo en la cual resultaría un único Caudal (El Caudal de Diseño). Una vez concluidos los estudios preliminares se ubicaron las plantas de Captación (que son dos Plantas tratadoras), ubicadas de tal forma que de Coíntzio se pudiese transportar le agua mediante Gravedad hacía la Mintzita y de ahí resultar en un único Caudal que sale de una Estación de Bombeo para llegar a otra Estación a 6000 m y por último llegar a una Tanque Elevado a 20 m de Regularización ó Distribución. La línea de Conducción es de dos tipos, una que es por Gravedad (la cual aporta el 70 % del Caudal de Diseño) y otra por Bombeo (bombeo del Caudal total de Diseño). La línea de Conducción por Gravedad es de material PEAD

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” (Polietileno de alta Densidad) por su bajo costo y altas resistencia a la Presión Hidráulica. En esta línea gay 506.6208 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 75 mm y 1314.3791 m de Tubería PEAD de RD 7 (PE 100) de 63 mm. La línea de Conducción por Bombeo es de Acero al Carbón, principalmente por su presión Nominal o Hidráulica máxima de Trabajo. La Tubería es de 80 mm, Cédula 40 de grado A, la cual es un total de 12776 m. Es importante aclarar que el los Cálculos de las pérdidas por Fricción y Diámetros de Tubería están dados por fórmulas Empíricas de Manning – Hzen – Williams, las pérdidas por Accesorios están calculadas mediante una consideración del 5 % de la Energía por pérdidas por Fricción y mediante el coeficiente de Fricción de los Accesorios. Para la Determinación del Diámetro y Carga de la Bomba ó de la Estación de Bombeo se utilizó la Ecuación de Manning para calcular el Diámetro y la carga se calculó en base a considerar que la Bomba trabaja a 90 % de Eficiencia (porcentaje que es muy similar para Bombas de Eje Vertical o Bombas de altas cargas y bajos Caudales), Con esto se llegó al establecimiento de 4 y 5 Bombas por Estación, las Bombas están en puesto que se pretende elevar Carga de Bombeo a Caudal constante. Las Bombas son modelo VS 2-46 para Diámetros de 80 mm, Carga de 140 m para Caudales menores de 28000 l/h, operando con una Eficiencia del 80-90% en ese intervalo de Caudal. El Tanque Elevado está a 20 m del nivel del suelo en un desnivel pronunciado de Altozano, esto con el fin de crear una fuente de distribución por Gravedad lo más eficientemente posible. El tanque es de tipo Cilíndrico con extremos de Semiesfera.

CONCLUSIÓN DE VÍCTOR JESÚS SAGRERO MORA: Como vimos, para el Abastecimiento de Agua Potable, se necesita tomar en cuenta demasiadas consideraciones. Empezando por las determinaciones para el flujo que se manejará, así como los lugares de abastecimiento y de entrega, viendo las condiciones de terreno por las que se debe atravesar, así como tomar en cuenta las condiciones climatológicas y geográficas.

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FNÓMENOS TRANSPORTE “ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE” Así mismo involucra los estudios previos de la zona en la que se llevará a cabo dicho abastecimiento, pues esto lleva un impacto más económico y social, que técnico. Como fue este el caso, es necesario de llevar el agua por bombeo, para lo cual se utiliza la Ecuación general de Balance de Energía Mecánica, siendo ésta la más óptima debido a que nos involucra el término de Energía Potencial, así como las pérdidas de Energía por Fricción, las cuales son demasiado importantes para éste tipo de trabajos, pues influyen de sobre manera al manejarse escalas así de grandes, y sobre todo, el impacto que puede tener al medio ambiente y lo relacionado con el aspecto económico. Como mencioné anteriormente, se necesita bombear el agua, lo que nos dice explícitamente que se requiere una bomba (o más) para dicho proceso, y para la selección de ésta es necesario tomar en cuenta la potencia necesaria y por ende el costo dependiendo de éste último factor mencionado; afortunadamente son datos que una vez calculados, fácilmente pueden conseguirse o consultarse por medio de internet. Así mismo, los estudios socioeconómicos antes mencionados, se pueden realizar y consultar debido a organismos dedicados exclusivamente a ésta labor, como el INEGI, y que ponen toda ésta información de manera pública y accesible por medio de internet. Datos expuestos en éste proyecto como las normas que deben cumplirse de acuerdo a todas las consideraciones mencionadas con anterioridad, se consiguen de otros organismos públicos como CONAGUA, lo cual nos da un mejor panorama de qué se puede y no hacer, así como da un mejor enfoque a los datos calculados y su interpretación práctica. Finalmente, hemos visto como lo visto en el salón de clases, en un tema como lo es la Mecánica de Fluidos, no es tarea sencilla en la práctica, en el campo laboral, siendo una labor tan amplia, que no solo involucra ingenieros químicos como los que aspiramos a ser, sino también se auxilia de ingenieros civiles, eléctricos, mecánicos, etc.

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REFERENCIAS: BIBLIOGRAFÍA: 

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